自动控制原理实验报告
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⾃动控制原理实验报告
电⼦科技⼤学⾃动化⼯程学院标准实验报告
课程名称：⾃动控制原理
学⽣姓名：
学⽣学号：
指导教师：
实验项⽬名称：系统认识与系统测试
⼀、实验⽬的：1、了解旋转式倒⽴摆系统的系统构成，并掌握其使⽤⽅法；
2、 了解随动系统的系统构成，并掌握其使⽤⽅法。
3、 了解实验安全及注意事项
4、 了解开环系统的⼯作状态，掌握闭环系统反馈极性的判别⽅法及其影响。
5、掌握系统相关数据的测试⽅法。
⼆、实验器材：XZ-IIC 型实验仪、计算机、⾃动控制原理实验仪、万⽤表
三、实验原理： 1、实验原理图:
被测试系统是指：由控制部分，电动机，反馈电位器组成的部分。 2、实验电路图：
⾃动控制原理实验仪
被测试系
四、实验内容：1、 测试输⼊(外部、计算机)信号与输出⾓度信号之间的关系（曲线）。 2 、测试反馈电位器的输出电压与⾓度信号之间的关系（曲线）。
五、实验步骤：1、 将系统接为单位负反馈系统，适当选取K 值(约等于3)。
2、 在-5V －+5V 范围内 间隔0.5V 调整R 的输出电压(⽤万⽤表监测)，读出对应的输出⾓度值(可⽤计算机读出)。
3、 断开系统输⼊，⽤⼿转动电机，在-150°－+150°间每隔10°选取⼀测试值⽤万⽤表监测反馈电位器的输出电压并作好记录。(⽤计算机监测给定⾓度)
六、实验数据及处理：(1)、计算机的给定电压与系统输出⾓度的关系：
○1、实验电压与输出⾓度记录表：
电压 -4.0 -3.5 -3.0 2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.50 ⾓度 电压 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ⾓度
○2、Matlab 拟合给定电压与系统输出⾓度的关系曲线：
-5V
5V
反馈电位器
被测试系统
⾃动控制原理实验仪K
R
横轴：计算机的给定电压纵轴：系统输出⾓度
斜率：35.9324 纵轴截距：-0.3294
（2）、系统输出⾓度与反馈电压间的关系：○1、系统输出⾓度与反馈电压间记录表：
⾓度-150 -140 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 电压
⾓度-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 电压
⾓度70 80 90 100 110 120 130 140 150
电压○2、Matlab拟合系统输出⾓度与反馈电压间的关系曲线：
横轴：系统输出⾓度纵轴：反馈电压
斜率：0.0282 纵轴截距：0.0503- 七、实验结论：
⼋、总结及⼼得体会：九、对本实验过程及⽅法、⼿段的改进建议：
实验项⽬名称： 随动系统的时域特性分析
⼀、实验⽬的：1、了解系统时域分析⽅法
2、分析并掌握前向增益、反馈增益对系统动态性能的影响，并观察对稳态控制精度的影响。
⼆、实验仪器：XZ-IIC 型实验仪 计算机 (或⾃动控制原理实验仪、⽰波器、万⽤表) 三、实验原理：
H
－)
1)(1(++s T s T s K b a m
K
输出
输⼊
实验系统⽅块图
注：
该实验主要研究系统前向增益K 与系统反馈增益H 的变化，对系统时域指标的影响。由于本系统负载摆杆有⼀限位挡杆，不能连续转动，不宜做系统开环实验，故只做闭环实验。
四、实验内容：1）系统前向增益K 与系统性能的关系：
系统输⼊为单位阶跃信号(refi=1)，固定反馈增益H 为1，设置不同前向增益K=0.3,0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3，观察并记录其不同的输出响应曲线。并注意观察对稳态控制精度的影响。2）系统反馈增益H 与系统性能的关系：
系统输⼊为单位阶跃信号(refi=1)，固定前向增益K 为1，设置不同反馈增益H=0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3，观察记录其输出响应曲线。并注意观察稳态值及对稳态控制精度的影响。
五、 实验步骤：1、 ⾸先打开DSP.EXE ⽂件，得到PC 操作界⾯；
2、接着点击菜单项“⽂件（F）”—“设置（S）”,或者第⼆个快捷键得到设置对话框“ESP
Setting”,选择其运⾏模式为“控制模式”，点击“OK”按扭；
3、然后点击菜单项“实验（E）”—“2：随动系统的稳定性分析”，随之出现的“随动系
统的稳定性分析”参数设置对话框（如图22）中有三个参数可供选择：参考输⼊REFI、前向增益K和反馈增益H，设置好参数后点击“OK”按扭；
六、实验数据及处理：1）系统前向增益K与系统性能的关系：
○1H=1，K=0.3
2.3s 44.1 0% 2.3s 44.9 0% 2.3s 44.5 0%
○2H=1，K=0.5
2.8s 41.7 31.9% 2.8s 41.5 32.5% 2.8s 42.1 30.6%○3H=1，K=1.0
3.3s 38.1 61.8% 3.3s 38.5 60.2% 3.3s 38.4 60.7%
○4H=1，K=1.5
5.0s 34.3 89.5% 5.0s 34.5 88.4% 5.0s 34.9 8
6.3%
○5H=1，K=2.0
6.5s 35.1 92.3% 6.6s 35.4 93.0% 6.5s 35.7 90.4% ○6H=1，K=2.5
9.6s 36.4 97.7% 9.7s 35.3 99.2% 9.6s 34.8 102.7% ○7H=1，K=3.0
系统不稳定2）系统反馈增益H与系统性能的关系：
○1K=1，H=0.5
4.5s 61.4 77.9% 4.4s 62.8 74.2% 4.5s 63.7 73.7% ○2K=1，H=1.0
4.2s 37.5 62.5% 4.2s 37.1 63.7% 4.2s 38.1 60.7% ○3K=1，H=1.5
3.9s 26.3 60.3% 3.9s 26.4 59.7% 3.9s 26.3 60.3% ○4K=1，H=2.0
3.6s 19.9 6
4.8% 3.6s 19.6 67.3% 3.6s 19.6 66.5% ○5K=1，H=2.5
3.3s 15.2 76.3% 3.3s 15.5 72.9% 3.3s 15.2 76.3% ○6K=1，H=3.0
系统不稳定
七、实验结论：
⼋、总结及⼼得体会：
九、对本实验过程及⽅法、⼿段的改进建议：
实验项⽬名称：随动系统的频率特性测试及分析
⼀、实验⽬的：1．了解系统频域分析⽅法；了解系统频域指标与时域指标的关系。 2．掌握系统频率特性的测试⽅法,进⼀步理解频率特性的物理意义； 3．根据闭环幅频特性求出被测系统相应的开环传递函数。
⼆、实验仪器：XZ-IIC 型实验仪 计算机(或⾃动控制原理实验仪、⽰波器、信号发⽣器)。
三、实验原理： 系统原理图
－
正弦输⼊
输出)
1)(1(++s T s T s K b a m
H
实验原理简图
固定反馈增益H 为1，由先验知识可以知道，此随动系统具有低通特性，实验时：输⼊信号采⽤0.5V 正弦信号，频率从0.1到10.0，只要计算输出与输⼊信号的幅值之⽐即可。记录输⼊、输出信号幅值⽐及相应的频率，然后作出幅频特性图，从⽽分析其幅频特性。
四、实验内容：
输⼊0.5V 正弦信号，频率从0.1到10.0，记录输⼊、输出信号幅值⽐及相应的频率，然后作出幅频特性图，分析其幅频特性。求得其相应的传递函数(等效为⼆阶系统)。
五、实验步骤：1、 ⾸先打开DSP.EXE ⽂件，得到PC 操作界⾯；
2 、接着点击菜单项“⽂件（F ）”—“设置（S ）”,或者第⼆个快捷键得到设置对话框“ESP Setting ”,选择其运⾏模式为“控制模式”，点击“OK ”按扭；
2、 然后点击菜单项“实验（E ）”—“4：随动系统的频率特性及分析”，随之出现的“随
动系统的频率特性及分析”参数设置对话框（如图26）中有两个参数可供选择：正弦
输⼊信号的幅值A和⾓频率w，选择好参数后点击“OK”按扭；
图2
6
随
动
系
统
的频率特性及分析参数设置4、点击菜单项“⽂件（F）”—“开始（K）”或者第⼀个快捷键，开始实验；
5、如需进⾏多次实验重复上述(3)、(4)步骤即可。
六、实验数据及处理1、输⼊信号频率与输出⾓度及其对应输出电压记录表
ω0.1 0.5 1.0 1.5 2 2.5 3 3.3 3.5 3.7 3.9 4.0 4.05 4.1 φ12.7 15.3 16.1 18.2 20.4 23.9 27.8 31.4 33.1 37.2 42.3 49 60 139.4 V 0.358 0.432 0.454 0.513 0.5750.674 0.784 0.886 0.933 1.049 1.193 1.382 1.692 3.931 A 0.716 0.864 0.908 1.026 1.150 1.348 1.568 1.772 1.866 2.098 2.386 2.764 3.384 7.862 ω 4.154.2 4.3 4.4 4.45 4.5 4.6 5.0 6.0 6.5 7 8 9 10 φ135.1 128.5 115.4 107.7 97.6 86.3 74.5 46 20.9 15.2 12.5 10 8.1 6.5 V 3.810 3.624 3.254 3.037 2.752 2.4342.100 1.297 0.589 0.429 0.353 0.282 0.228 0.183 A 7.620 7.248 6.508 6.074 5.504 4.868 4.200 2.594 1.178 0.858 0.706 0.564 0.456 0.366
注：（1）、由实验⼀可知，输出电压=0.0282*输出⾓度
（2）、ω―输⼊信号⾓频率；φ―输出⾓度；V―输出电压；A―输出电压/输⼊电压。
2、幅频特性曲线
3、开环传递函数
七、实验结论：
⼋、总结及⼼得体会：
九、 对本实验过程及⽅法、⼿段的改进建议：
