北京交通大学自动控制原理实验报告

自动控制原理实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过实际操作，加深对自动控制原理的理解，掌握PID控制器的调节方法，并验证PID控制器的性能。

二、实验原理。

PID控制器是一种常见的控制器，它由比例环节（P）、积分环节（I）和微分环节（D）三部分组成。

比例环节的作用是根据偏差的大小来调节控制量的大小；积分环节的作用是根据偏差的累积值来调节控制量的大小；微分环节的作用是根据偏差的变化率来调节控制量的大小。

PID控制器通过这三个环节的协同作用，可以实现对被控对象的精确控制。

三、实验装置。

本次实验所使用的实验装置包括PID控制器、被控对象、传感器、执行机构等。

四、实验步骤。

1. 将PID控制器与被控对象连接好，并接通电源。

2. 调节PID控制器的参数，使其逐渐接近理想状态。

3. 对被控对象施加不同的输入信号，观察PID控制器对输出信号的调节情况。

4. 根据实验结果，对PID控制器的参数进行调整，以达到最佳控制效果。

五、实验结果与分析。

经过实验，我们发现当PID控制器的比例系数较大时，控制效果会更为迅速，但会引起超调；当积分系数较大时，可以有效消除稳态误差，但会引起响应速度变慢；当微分系数较大时，可以有效抑制超调，但会引起控制系统的抖动。

因此，在实际应用中，需要根据被控对象的特性和控制要求，合理调节PID控制器的参数。

六、实验总结。

通过本次实验，我们深刻理解了PID控制器的工作原理和调节方法，加深了对自动控制原理的认识。

同时，我们也意识到在实际应用中，需要根据具体情况对PID控制器的参数进行调整，以实现最佳的控制效果。

七、实验心得。

本次实验不仅让我们在理论知识的基础上得到了实践锻炼，更重要的是让我们意识到掌握自动控制原理是非常重要的。

只有通过实际操作，我们才能更好地理解和掌握知识，提高自己的实际动手能力和解决问题的能力。

八、参考文献。

[1] 《自动控制原理》，XXX，XXX出版社，2010年。

[2] 《PID控制器调节方法》，XXX，XXX期刊，2008年。

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。

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. 掌握典型环节的数学模型及其在控制系统中的应用。

3. 熟悉控制系统的时间响应和频率响应分析方法。

4. 培养实验操作技能和数据处理能力。

二、实验原理自动控制原理是研究控制系统动态性能和稳定性的一门学科。

本实验主要涉及以下几个方面：1. 典型环节：比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节等。

2. 控制系统：开环控制系统和闭环控制系统。

3. 时间响应：阶跃响应、斜坡响应、正弦响应等。

4. 频率响应：幅频特性、相频特性等。

三、实验内容1. 典型环节的阶跃响应- 比例环节- 积分环节- 比例积分环节- 比例微分环节- 比例积分微分环节2. 典型环节的频率响应- 幅频特性- 相频特性3. 二阶系统的阶跃响应- 上升时间- 调节时间- 超调量- 峰值时间4. 线性系统的稳态误差分析- 偶然误差- 稳态误差四、实验步骤1. 典型环节的阶跃响应- 搭建比例环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的实验电路。

- 使用示波器观察并记录各个环节的阶跃响应曲线。

- 分析并比较各个环节的阶跃响应曲线，得出结论。

2. 典型环节的频率响应- 搭建比例环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的实验电路。

- 使用频率响应分析仪测量各个环节的幅频特性和相频特性。

- 分析并比较各个环节的频率响应特性，得出结论。

3. 二阶系统的阶跃响应- 搭建二阶系统的实验电路。

- 使用示波器观察并记录二阶系统的阶跃响应曲线。

- 计算并分析二阶系统的上升时间、调节时间、超调量、峰值时间等性能指标。

4. 线性系统的稳态误差分析- 搭建线性系统的实验电路。

- 使用示波器观察并记录系统的稳态响应曲线。

- 计算并分析系统的稳态误差。

五、实验数据记录与分析1. 典型环节的阶跃响应- 比例环节：K=1，阶跃响应曲线如图1所示。

- 积分环节：K=1，阶跃响应曲线如图2所示。

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。

自动控制原理实验报告本实验为基于微处理器的温度控制系统的设计与实现。

实验目的是通过实践掌握基于微处理器的控制系统设计和实现方法，了解数字信号处理的基本原理和应用。

本报告将分为实验原理，系统设计，实验步骤，实验结果和结论等几个部分进行详细阐述。

一、实验原理数字信号处理的基本原理是将模拟信号经过采样、量化和编码后转换为数字信号，并在数字领域中对其进行处理。

在本实验中，采用的是基于单片机控制的数字温度控制系统。

该系统的设计要求基于以往的温度控制系统，并具备更过的实用价值和工程性能。

系统的基本原理如下：1.数字信号采样该系统通过传感器来采集温度值，并将其转化为数字信号，实现了数字化控制。

系统在稳态时，通过采用PID控制方法来对温度进行控制。

2.温度控制方法对于本实验中开发的系统，采用的是基于PID控制算法的控制方法。

PID即比例积分微分控制算法，它是一种最常用的控制算法，具备响应速度快、稳态误差小等优点。

PID控制算法的主要原理是，通过比例、积分和微分三个控制系数对输出进行调节，使系统的响应速度更快，而且在稳态时误差非常小。

3.系统设计本实验系统的设计通过单片机的程序控制，主要包含三部分：硬件设计、软件设计和温控系统设计。

二、系统设计1.硬件设计本实验采用的是基于AT89S52单片机的数字温度控制系统，其硬件电路主要包括以下模块：(1)单片机控制器：采用AT89S52单片机；(2)温度传感器：采用DS18B20数字温度传感器；(3)电源模块：采用稳压电源，提供系统所需电压。

2.软件设计本实验采用的是基于C语言开发的程序控制系统，该软件具备以下功能模块：(1)数据采集：通过程序控制读取温度传感器数值；(2)控制算法：实现PID控制算法的程序设计；(3)控制输出：将PID算法结果通过程序输出到负载端。

3.温控系统设计本实验设计的数字温度控制系统，其温控系统设计主要包括以下几个方面：（1）温度检测：系统通过DS18B20数字温度传感器检测环境温度。

自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析线性系统的频域分析线性系统的校正与状态反馈班级：学号：姓名：指导老师：2013 年12 月15日典型环节的模拟研究一. 实验目的1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二．实验内容及步骤观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。

改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。

具体用法参见用户手册中的示波器部分1)．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。

图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：01(S)(S)(S)R R K KU U G i O === ； 单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中矩形波’（矩形波指示灯亮）。

② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。

③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V （D1单元‘右显示）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。

（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（3）运行、观察、记录：打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），观测A5B 输出端（Uo ）的实际响应曲线。

电气工程学院自动控制原理实验报告一、典型线性环节的研究实验报告一、实验目的：① 学习典型线性环节的模拟方法；② 研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。

二、实验预习：① 自行设计典型环节电路。

② 选择好必要的参数值，计算出相应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。

③典型线性环节的电路图设计如下：A 、比例环节：传递函数如下：()()k s R s C -=，则：12R R k =B 、积分环节：传递函数如下：()()Tss X s C 11-= ， 其中，C R T 1=C 、比例积分环节：传递函数如下：()()Ts Ts ks R s C 1+-= ， 其中C R T R R k 112,== D 、比例微分环节：传递函数如下：()()11++-=Ts s T k s R s C d，其中32143132,,)(,R R C R T C R R T R R R k d >>=+=+=E 、比例微分积分环节：fi i f p C CR R R R R R k ⨯+++=211，()()C R R C R R T f f i 211+++=，C R T f 2=，()()()CR R C R R R R R R RR T f ff f d 2112121+++++=F 、一阶惯性环节：1-15 惯性环节传递函数如下：()()1+-=Ts ks R s C ， 其中，122,R R k C R T == 三、实验仪器与设备：计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI 软件、万用表。

四、实验内容：(1)比例环节图中，ifR R kp =，分别求取)5.0(510,1===p f i k k R M R ；)1(,1,1===p f i k M R M R ；)2(1,500===p f i k M R k R 时的阶跃响应。

(2) 积分环节图中f i i C R T =，分别求)1(1,1s T C M R i i i ===μ)7.4(7.4,1s T C M R i i i ===μ；)0.10(10,1s T C M R i i i ===μ时的阶跃响应曲线。

姓名：学号：班级：任课教师：实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试1、一阶系统系统传递函数为：Φ(s)=C(s)R(s)=KTS+1模拟运算电路如图所示：由图得：U0(s)U i(s)=R2R1R2CS+1=KTS+1在实验当中始终取 R2= R1，则 K=1，T= R2C,取不同的时间常数 T 分别为： 0.25、 0.5、1,记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量并纪录其过渡过程时间 Ts ，将参数及指标填在表内：T 0.25 0.5 1R2 250KΩ510KΩ1MΩC 1μF 1μF 1μFTs实测 1.2S 2.2S 3.85STs理论 1.25S 2.0S 3.5ST=0.25T=0.5 T=1.02、二阶系统系统传递函数为：Φ(s)=C(s)R(s)=ωn2s2+2ζωn s+ωn2令ωn=1弧度/秒，则系统结构如图所示：根据结构图，建立二阶系统模拟线路图：取R1C1,R3C2=1，则R4R3=R4C2=12ζ及ζ=12R4C2ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ% ,计算过渡过程时间Ts，将参数及各项指标填入表内。

ζ=0.25ζ=0.5ζ=1.0实验结论：一阶系统：当K确定后，系统的动态性能与T的值有关，T越大，调节时间越大，上升时间越大。

二阶系统：当ωn确定后，系统的动态性能与阻尼比ζ的值有关，当ζ小于1的时候，系统出现振荡，且ζ越大，超调量越小，调节时间越小，振荡次数也越少；当ζ大于1时，系统将不出现振荡现象。

实验三控制系统串联校正系统结构如图所示：未加校正的系统模拟电路图如下图所示：未加校正时，Gc(s)=1加串联超前校正时Gc(s)=aTS+1(a>1)TS+1给定a=2.44，T=0.26，则Gc(s)=0.63S+10.26S+1叫串联滞后校正时Gc(s)=bTS+1(0<b<1)TS+1给定b=0.12，T=83.33，则Gc(s)=10S+183.33S+1校正电路：校正前：理论图：实际图：电路参数：R1=1MΩ，R2=1MΩ，R3=1MΩ，C1=1Μf,R4=250KΩ,R5=1MΩ,C2=1μF超前校正后：理论图：实际图：校正电路参数：C=1μF, R4=260KΩ,R1=630KΩ,R2=100K Ω,R3=530KΩ滞后校正后：理论图：实验结论：超前校正能够提高截止频率，增加相角裕度，使调节时间减小；滞后校正能够减小截止频率，提高系统的相角裕度，对低频信号不产生衰减，而对高频噪声信号有削弱作用。

自动控制原理课题研究课题名称：描述一个自动控制原理实例并建立其数学模型连铸机结晶器液位控制系统及其数学模型摘要：在国内，结晶器液位控制系统已成功地应用在了板坯连铸机上，但小方坯连铸机还都是手动开浇，人工控制结晶器液面高度，自动控制技术远远落后于发达国家，钢坯质量很难得到改善。

这是我国连铸机工业面临的一大问题。

本文通过文献检索，总结了一种适用于小方坯连铸机的结晶器液位自动控制系统，根据液位控制的机理建立了各个环节的数学模型，并且该系统具有结构简单、抗干扰能力强，调整时间短等优点，可同时兼顾控制系统的动静态性能。

关键词：连铸机，结晶器液位控制，数学模型正文一．连铸工艺原理和连铸设备简况连铸是连续铸钢的简称，是使钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺。

连铸的一般生产工艺流程，如图 1.1所示。

由炼钢炉炼出的合格钢水，经钢包运送到浇铸位置，通过中间包铸入强制水冷结晶器内。

铸入结晶器的钢水在迅速冷却凝固形成铸坯的同时，其前部与伸入结晶器底部的引锭杆头部凝结在一起。

当结晶器内钢水升到要求的高度后，开动拉坯机，以一定速度把引锭杆从结晶器中拉出。

铸坯被拉出后，通过二次冷却区域，使其更快的散热冷却并继续逐渐凝固。

然后经过矫直机矫直后，完全凝固的直铸坯由切割设备切成定尺，经运输辊道进入下道工序。

连铸生产所用的设备，实际上是包括在连铸作业线上的一整套机械电气及控制设备。

其主要设备包括钢包及其运送设备、中间包、结晶器及其振动装置、二次冷却装置、拉坯矫直装置、铸坯切割装置、铸坯运输装置以及各部分电气和自动化控制装置等。

炼钢炉炼出的连铸用合格钢水装入钢包，经过炉外精炼设备处理后，由钢包运送设备运送到连铸机浇铸位置，供给中间包所必需的钢水。

目前，生产上使用的主要有四种型式的设备:专用起重机、固定式座架、浇铸车和旋转台。

连铸机工艺流程中间包是钢包与结晶器间的一个中间容器。

THJ-2型高级过程控制系统实验指导书浙江天煌科技实业有限公司前言本实验指导书是根据天煌科技实业推出的全新THJ－2型、THJ－3型高级过程控制实验装置的相关容编写的，可以满足各大高等院校所开设的《传感器检测与转换技术》、《过程控制》、《自动化仪表》、《自动控制理论》、《计算机控制》等课程实验的教学要求。

过程控制是生产过程自动控制的简称，这是自动化技术的一个重要组成部分。

通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期与程序进行的生产过程自动控制。

在现代工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。

THJ－2型、THJ－3型过程控制系统是以工业现场工艺设备为背景，以现行教材的教学容为依据研发出的新一代的实验装置。

它不仅能满足本、专科工业自动化、自动控制等专业的相关课程实验教学的要求，而且也适用于研究生对课题的研究与开发。

例如，在这两套实验装置中增加了如比值控制、解耦控制和Smith预估控制等复杂控制的容。

本实验指导书共分两大部分。

第一部分是实验装置的使用说明，讲述了系统的组成、硬件的特点和技术指标、软件的使用介绍。

第二部分是实验项目部分，叙述了实验的原理、步骤与注意事项等。

通过对实验装置各个仪表的原理、工作情况与实验原理、软硬件的详细介绍，既使教师和学生对THJ-2型、THJ-3型高级过程控制实验装置有一个充分的认识，又有益于他们对工业生产现场控制系统的了解。

由于本实验指导书编写时间较为仓促，书中的缺点和错误在所难免，敬请各大专院校师生和广大读者批评指正。

目录绪论 (3)第一章 THJ-2型高级过程控制系统的概述 (5)第二章被控对象特性测试 (15)第一节单容水箱特性的测试第二节双容水箱特性的测试第三节锅炉胆特性的测试第四节电动调节阀流量特性的测试第三章单回路控制系统实验 (27)第一节单回路控制系统的实践第二节上水箱(或中水箱或下水箱)液位定值控制系统第三节双容水箱液位定值控制系统第四节三容水箱液位定值控制系统第五节锅炉胆静态水温定值控制系统第六节锅炉胆动态水温定值控制系统第七节锅炉夹套水温定值控制系统第八节电动阀支路流量的定值控制系统第九节变频调速磁力泵支路流量的定值控制系统第四章温度位式控制系统实验·············································57第一节锅炉胆水温位式控制系统第五章串级控制系统的实验 (60)第一节串级控制系统连接实践第二节水箱液位串级控制系统第三节三闭环液位控制系统第四节下水箱液位与电动调节阀支路流量的串级控制系统第五节下水箱液位与变频调速磁力泵支路流量的串级控制系统第六节锅炉夹套水温与锅炉胆水温的串级控制系统第七节锅炉胆水温与胆循环水流量的串级控制系统第八节盘管出水口水温与热水流量的串级控制系统第九节盘管出水口水温与锅炉胆水温的串级控制系统第六章比值控制系统实验 (89)第一节单闭环流量比值控制系统第二节双闭环流量比值控制系统第七章滞后控制系统实验 (96)第一节盘管出水口温度纯滞后控制系统第二章盘管出水口温度滞后控制系统第三节流量纯滞后控制系统第八章前馈-反馈控制系统实验 (104)第一节锅炉胆水温的前馈-反馈控制系统第二节下水箱液位的前馈-反馈控制系统第九章解耦控制系统实验 (113)第一节上水箱水温与液位的解耦控制系统第二节锅炉胆水温与锅炉夹套水温解耦控制系统绪论过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。