东华大学自动控制原理实验六.

自动控制原理实验报告实验目的，通过本次实验，掌握自动控制原理的基本概念和实验操作方法，加深对自动控制原理的理解和应用。

实验仪器与设备，本次实验所需仪器设备包括PID控制器、温度传感器、电磁阀、水槽、水泵等。

实验原理，PID控制器是一种广泛应用的自动控制设备，它通过对比设定值和实际值，根据比例、积分、微分三个控制参数对控制对象进行调节，以实现对控制对象的精确控制。

实验步骤：1. 将温度传感器插入水槽中，保证传感器与水温充分接触；2. 将水泵接通，使水槽内的水开始循环；3. 设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分时间、微分时间等；4. 通过调节PID控制器的参数，使得水槽中的水温稳定在设定的目标温度；5. 观察记录PID控制器的输出信号和水温的变化情况；6. 分析实验结果，总结PID控制器的控制特性。

实验结果与分析：经过实验操作，我们成功地将水槽中的水温控制在了设定的目标温度范围内。

在调节PID控制器参数的过程中，我们发现比例系数的调节对控制效果有着明显的影响，适当增大比例系数可以缩小温度偏差，但过大的比例系数也会导致控制系统的超调现象；积分时间的调节可以消除静差，但过大的积分时间会导致控制系统的超调和振荡；微分时间的调节可以抑制控制系统的振荡，但过大的微分时间也会使控制系统的响应变慢。

结论：通过本次实验，我们深入理解了PID控制器的工作原理和调节方法，掌握了自动控制原理的基本概念和实验操作方法。

我们通过实验操作和数据分析，加深了对自动控制原理的理解和应用。

总结：自动控制原理是现代控制工程中的重要内容，PID控制器作为一种经典的控制方法，具有广泛的应用前景。

通过本次实验，我们不仅学习了自动控制原理的基本知识，还掌握了PID控制器的调节方法和控制特性。

这对我们今后的学习和工作都具有重要的意义。

自动控制原理实验报告答案实验报告
自动控制原理实验报告
实验目的：
1.掌握常见的系统传递函数及其特点。

2.了解PID控制器的结构、参数调节方法以及应用范围。

3.熟悉根轨迹和Nyquist稳定性判据，并能够应用这些方法进行控制系统设计。

实验器材：
1.计算机
2.控制系统实验装置
3.示波器
4.信号发生器
实验结果：
1.通过实验，我们得到了不同传递函数下的系统特性曲线，如
低通、高通、带通和带阻滤波器的频率响应曲线等。

2.在PID参数调节的实验中，我们学习了震荡法、根轨迹法、
频率法等方法，同时了解了实际的相应曲线特征和参数调节对系
统性能的影响。

3.在根轨迹方法实验中，我们通过手工计算和MATLAB仿真，掌握了如何绘制和分析控制系统的根轨迹图，并对掌握控制系统
稳定性提供了帮助。

4.通过Nyquist稳定性判据的实验，我们学会了如何分析控制系统的稳定性，如何设计系统的补偿器，并对控制系统的性能做出合理的分析和评价。

实验结论：
通过这次实验，我们深入了解了自动控制原理的基本原理、结构和特性，并通过实验学习了PID控制器调节参数的方法、如何设计控制系统的根轨迹和控制系统稳定性分析的方法。

同时，我们还练习了手工计算和MATLAB仿真的能力，为未来研究和实践中的控制系统设计提供了一定的帮助。

自动控制原理实验报告实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究一．实验目的1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。

2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法二．实验内容1．设计各种典型环节的模拟电路。

2．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

3．在上位机界面上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。

三．实验步骤1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。

注意实验接线前必须先将实验箱上电，以对运放仔细调零。

然后断电，再接线。

接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。

在输入阶跃信号时，除比例环节运放可不锁零（G可接-15V）也可锁零外，其余环节都需要考虑运放锁零。

2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

无上位机时，利用实验箱上的信号源单元U2所输出的周期阶跃信号作为环节输入，即连接箱上U2的“阶跃”与环节的输入端（例如对比例环节即图1.1.2的Ui），同时连接U2的“锁零（G）”与运放的锁零G。

然后用示波器观测该环节的输入与输出（例如对比例环节即测试图1.1.2的Ui和Uo）。

注意调节U2的周期阶跃信号的“频率”电位器RP5与“幅值”电位器RP2，以保证观测到完整的阶跃响应过程。

有上位机时，必须在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。

为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。

仍以比例环节为例，此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A通道的输出端），将Uo连到实验箱 U3单元的I1（A/D 通道的输入端），将运放的锁零G连到实验箱 U3单元的G1（与O1同步），并连好U3单元至上位机的USB2.0通信线。

《自动控制原理实验》实验报告班级：自动化0901姓名：***学号：*********东华大学信息学院实验一 MATLAB 中数学模型的表示MP2.1考虑两个多项式2()21p s s s =++ ，()1q s s =+使用 MATLAB 计算下列各式：程序： （a ）>> A=[1 2 1];B=[1 1]; >> C=conv(A,B)运行结果: C =1 3 3 1 (b)>> num=[1 1]; >> den=[1 2 1]; >> z=roots(num); >> p=roots(den); >> z,p运行结果: z =-1 p =-1 -1 (c)>> value=polyval(p,-1) 运行结果: value = 0程序：(a)>> num1=[1];num2=[1 2];den1=[1 1];den2=[1 3];[num,den]=series(num1,den1,num2,den2);[num,den]=cloop(num,den,-1);printsys(num,den)运行结果:num/den =s + 2----------------s^2 + 5 s + 5(b)step(num,den)运行结果:(a)>> num1=[1]; den1=[1 1];num2=[1]; den2=[1 0 2];[num3,den3]=series(num1,den1,num2,den2);num4=[4 2]; den4=[1 2 1];[num5,den5]=feedback(num3,den3,num4,den4,-1);num6=[1]; den6=[1 0 0];num7=[50]; den7=[1];[num8,den8]=feedback(num6,den6,num7,den7,1);[num9,den9]=series(num5,den5,num8,den8);num10=[1 0 2]; den10=[1 0 0 14];[num11,den11]=feedback(num9,den9,num10,den10,-1);num12=[4]; den12=[1];[num13,den13]=series(num11,den11,num12,den12)F=tf(num13,den13)运行结果:Transfer function:4 s^5 + 8 s^4 + 4 s^3 + 56 s^2 + 112 s + 56 ----------------------------------------------------------------------------------------------------s^10 + 3 s^9 - 45 s^8 - 129 s^7 - 198 s^6 - 976 s^5 - 2501 s^4 - 3558 s^3 - 4841 s^2 - 6996 s – 2798(b)[p,z]=pzmap(num13,den13); pzmap(num13,den13);grid on运行结果:p =7.0710-7.07101.2047 +2.0871i1.2047 -2.0871i0.2984 + 1.4750i0.2984 - 1.4750i-2.4108-1.5219 + 0.9395i-1.5219 - 0.9395i-0.5517>> zz =1.2051 +2.0872i1.2051 -2.0872i-2.4101-1.0000 + 0.0000i-1.0000 - 0.0000i(c)>> Z=roots(num13)Z =1.2051 +2.0872i1.2051 -2.0872i-2.4101-1.0000 + 0.0000i-1.0000 - 0.0000i>> P=roots(den13)P =7.0710-7.07101.2047 +2.0871i1.2047 -2.0871i0.2984 + 1.4750i0.2984 - 1.4750i-2.4108-1.5219 + 0.9395i-1.5219 - 0.9395i-0.5517绘制系统的单位阶跃响应，参数Z=3,6和12。

一、实验目的1. 理解并掌握自动控制原理的基本概念和基本分析方法。

2. 熟悉自动控制系统的典型环节，包括比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节、比例微分环节和比例积分微分环节。

3. 通过实验，验证自动控制理论在实践中的应用，提高分析问题和解决问题的能力。

二、实验原理自动控制原理是研究自动控制系统动态和稳态性能的学科。

本实验主要围绕以下几个方面展开：1. 典型环节：通过搭建模拟电路，研究典型环节的阶跃响应、频率响应等特性。

2. 系统校正：通过在系统中加入校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。

3. 系统仿真：利用MATLAB等仿真软件，对自动控制系统进行建模和仿真，分析系统的动态和稳态性能。

三、实验内容1. 典型环节实验（1）比例环节：搭建比例环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数对系统性能的影响。

（2）积分环节：搭建积分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析积分时间常数对系统性能的影响。

（3）比例积分环节：搭建比例积分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数和积分时间常数对系统性能的影响。

（4）惯性环节：搭建惯性环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析时间常数对系统性能的影响。

（5）比例微分环节：搭建比例微分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数和微分时间常数对系统性能的影响。

（6）比例积分微分环节：搭建比例积分微分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数、积分时间常数和微分时间常数对系统性能的影响。

2. 系统校正实验（1）串联校正：在系统中加入串联校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。

（2）反馈校正：在系统中加入反馈校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。

3. 系统仿真实验（1）利用MATLAB等仿真软件，对自动控制系统进行建模和仿真，分析系统的动态和稳态性能。

（2）根据仿真结果，优化系统参数，提高系统性能。

四、实验步骤1. 搭建模拟电路：根据实验内容，搭建相应的模拟电路，并连接好测试设备。

《自动控制原理实验》实验报告（二）一、Simulink仿真二、自控原理模拟实验（线性系统的时域分析）姓名：刘克勤学号：110901112班级：自动化1104班指导老师：石洪瑞东华大学信息学院12345678910MP5.6为了保持飞机的航向和飞行高度，人们设计了如图MP5.6所示的飞机自动驾驶仪。

(a) 假设框图中的控制器是固定增益的比例控制器()2c G s = ，输入为斜坡信号(),0.5/dt at a s θ== ，利用matlab 计算并以曲线显示系统的斜坡响应，求出10s 后的航向角误差。

(b) 为了减小稳态跟踪误差，可以采用较复杂的比例积分控制器(PI)，即()2112c K G s K s s=+=+ 试重复(a)中的仿真计算，并比较这两种情况下的稳态跟踪误差。

图MP5.6 飞机自动驾驶仪框图(a) 解：Simulink 仿真原理图 ：运行结果如下：12345678910(b)解：Simulink 仿真原理图 ：运行结果如下：MP5.7 导弹自动驾驶仪速度控制回路的框图如图MP5.7所示，请用MATLAB/Simulink 求系统的单位阶跃响应，并求出峰值PtM 、超调量..%P O ，峰值时间P T 、调整时间S T 。

.图MP5.7 导弹自动驾驶仪速度控制回路解：Simulink仿真原理图：仿真结果：00.10.20.30.40.50.60.70.80.91峰值时间：Tp=0.1062；峰值：Mp=1.294；超调量：P.O.=(1.294-1)/1=0.294=29.4% 。

00.51 1.52 2.53 3.54 4.55系统稳态值为1，根据2%的误差准则，系统稳定到0.98时的调整时间约为：Ts=2.539。

0102030405060MP5.8 设计如下系统的Simulink 仿真图，求系统的阶跃响应曲线及超调量、调整时间。

图MP5.8 非单位反馈控制系统解：Simulink 仿真原理图：运行结果：由系统稳态值为0.5，根据2%的误差准则，系统稳定到0.51的时间即为调整时间Ts=39.05。

实验报告课程名称： 自动控制原理 实验项目： 典型环节的时域相应 实验地点： 自动控制实验室实验日期： 2017 年 3 月 22 日(5)理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。

② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。

2．积分环节 (I) (1)方框图(2)传递函数： TS S Ui S Uo 1)()(=(3)阶跃响应： )0(1)(≥=t t Tt Uo 其中 C R T 0=(4)模拟电路图(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。

② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。

3．比例积分环节 (PI) (1)方框图：模拟电路图：②取 R0=R1=200K ；C=2uF 。

+Uo10VU o(t)2 1U i(t ) 00 .tUo无穷U o(t)21U i(t )0 .2st理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线① 取R0 = R2 = 100K ，R3 = 10K ，C = 1uF ；R1 = 100K 。

② 取R0=R2=100K ，R3=10K ，C=1uF ；R1=200K 。

6.比例积分微分环节 (PID) (1)方框图：(2)传递函数： (3)阶跃响应： (4)模拟电路图：Uo无穷U o(t)2 1U i(t )0 .4stUo10VUo(t)2 1U i(t )0 .4stKp+ U i(S)1 Ti S+U o(S)+ +Td S(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取 R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 100K。

②取 R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 200K。

四、实验步骤及结果波形1.按所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。

检查无误后开启设备电源。

2.将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。

自动控制原理实验报告分析自动控制原理实验报告分析引言：自动控制原理是现代工程领域中的重要学科，它研究的是如何设计和实现能够自动调节和控制系统的方法和技术。

在本次实验中，我们通过搭建一个简单的控制系统，来深入了解自动控制原理的基本概念和应用。

实验目的：本次实验的主要目的是通过实际操作，掌握自动控制原理的基本原理和方法，包括PID控制器的调节和系统的稳定性分析。

实验过程：首先，我们搭建了一个简单的温度控制系统。

该系统由一个加热器、一个温度传感器和一个PID控制器组成。

我们通过调节PID控制器的参数，使得系统能够稳定地控制温度在一个设定值附近。

然后，我们进行了一系列的实验操作。

首先，我们调节了PID控制器的比例、积分和微分参数，观察系统的响应情况。

随后，我们分别增大和减小了设定温度值，观察系统的稳定性和响应速度。

最后，我们还对系统进行了干扰实验，通过给系统施加一个外部干扰，观察系统的抗干扰能力。

实验结果：通过实验，我们得到了一系列的实验结果。

首先，我们发现当PID控制器的比例参数过大时，系统会出现超调现象，温度会波动较大。

而当比例参数过小时，系统的响应速度会变慢，温度调节不及时。

接着，我们发现当积分参数过大时，系统会出现积分饱和现象，温度无法稳定。

而当积分参数过小时，系统的稳定性会变差，温度波动较大。

最后，我们发现当微分参数过大时，系统会对噪声产生较大的响应，温度调节不平稳。

而当微分参数过小时，系统的响应速度会变慢，温度调节不及时。

讨论与分析：通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：PID控制器的参数调节对系统的稳定性和响应速度有着重要的影响。

比例参数决定了系统对误差的响应程度，积分参数决定了系统对误差的积累程度，微分参数决定了系统对误差变化率的响应程度。

因此，在实际应用中，我们需要根据系统的特点和要求，合理选择PID控制器的参数，以达到最佳的控制效果。

结论：通过本次实验，我们深入了解了自动控制原理的基本概念和应用。

自动控制原理实验报告实验一、典型环节的时域响应一．实验目的1.熟悉并掌握TD-ACC+（TD-ACS）设备的使用方法及各典型环节模拟控制电路的构成方法。

2.熟悉各种典型环节的理想阶跃曲线和实际阶跃响应曲线。

对比差异、分析原因。

3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

PC三．1.2.3.4.5.6.一12二PC机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)教学实验系统一套。

三、原理简述所谓校正就是指在使系统特性发生变化接方式，可分为：串馈回路之内采用的校测点之后和放1．原系统的结构框图及性能指标对应的模拟电路图2．期望校正后系统的性能指标3校正前：校正后：校正前：校正后：12PC（一）实验原理1．频率特性当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率(ω由0变至∞)而变化的特性。

频率响应法的基本思想是：尽管控制系统的输入信号不是正弦函数，而是其它形式的周期函数或非周期函数，但是，实际上的周期信号，都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数展开为各种谐波分量；而非周期信号也可以使用富氏积分表示为连续的频谱函数。

因此，根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。

2．线性系统的频率特性系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比Φ（jω）和相位差∠Φ（jω）随角频率(ω由0变到∞)变化的特性。

而幅值比Φ（jω）和相位差∠Φ（jω）恰好是函数Φ（jω）的模和幅角。

所以只要把系统的传递函数Φ（s），令s=jω，即可得到Φ（jω）。

我们把Φ（jω）称为系统的频率特性或频率传递函数。

当ω由0到∞变化时，Φ（jω）随频率ω的变化特性成为幅频特性，∠Φ（jω）随频率ω的变化特性称为相频特性。

幅频特性和相频特性结合在一起时称为频率特性。

3．频率特性的表达式(1)(2)(3)幅值不易测量，可将其构成闭环负反馈稳定系统后，通过测量信号源、反馈信号、误差信号的关系，从而推导出对象的开环频率特性。