北航自控实验5

2011- 2012 学年 第二学期计算机控制实验报告班级 姓名392311 李 柏学院 学号高等工程3903· 24152012 年 6 月 12 日实验 1 模拟式小功率随动系统的实验调试一、实验目的1.熟悉反馈控制系统的结构和工作原理，进一步了解位置随动系统的特点。

2. 掌握判别闭环系统的反馈极性的方法。

3.了解开环放大倍数对稳定性的影响及对系统动态特性的影响，对静态误差的影响。

二、实验仪器XSJ-3 小功率直流随动系统学习机一台 DH1718 双路直流稳压电源一台 4 1/2 数字多用表一台三、 实验原理模拟式小功率随动系统结构如图 2-3 所示 调试步骤如下： 零位调整：为了保证精度，同时判断运放是否好用，在连接成闭环系统之前进行零位的调整。

首先，把三个运放负相端输入 电阻接地，并使其增益为 1（利用电阻调整） ，再利用运放上方的调零旋钮，使输出端输出为 0；然后将电位计两端接上±10V 电压后，用数字电压表测其电刷输出，旋转之，使其电刷输出为 0，并同时调整刻度盘零点于 0 点。

开环工作状态：断开反馈电为计，加入给定电压，使电压从小到大，当信号大时，电机转速高，信号反极性时，电机反转。

反馈极性判断。

首先判断测速机反馈极性。

在一级运放处加一电压（正或负） ，记住电机转向，然后断开输入，用手旋转电 机按同一转向转动，测量测速机输出电压，如与前电机所加电压极性相同，则可将该信号接入运放二的负端；否则应把测速 机输出极性倒置， 即把另一信号接入运放二的负相端。

其次判断位置反馈极性。

将回路接成开环状态， 给电机加入一正电压， 可使其转动，然后使电机回零，顺着电机刚才转动的方向转一小角度（不可转到非线性区） ，同时用数字电压表测电位计电 刷的输出电压，倘若其值为负，则表明此时是负反馈，否则，需把电位计两端±10V 接线头对调，以保证闭环系统是负反馈。

检验系统跟随情况：按图 2-2 连线，逐渐加大电压，察看输出角度是否也同时增加（绝对量值） ，如跟随则系统跟随情况良 好。

北航计算机控制系统实验报告
计算机控制系统
实验报告
实验一模拟式小功率随动系统的实验调试
实验二A/D、D/A接口的使用和数据采集
实验三中断及采样周期的调试
实验四计算机控制系统的实验调试
姓名：陈启航
学号：13031144
同组人：吴振环陈秋鹏李恺
指导教师：袁少强
日期：6月16日
实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试
一、实验目的
1.熟悉反馈控制系统的结构和工作原理，进一步了解位置随动
系统的特点。

2.掌握判别闭环系统的反馈极性的方法。

3.了解开环放大倍数对稳定性的影响及对系统动态特性的影
响，对静态误差的影响。

二、实验内容
1.连接元件构成位置随动系统；
2.利用计算机内的采样及显示程序，显示并分析输出的响应结
果;
3.重复调试达到设计要求三、实验设备
XSJ-3小功率直流随动系统学习机一台、DH1718双路直流稳压
电源一台、4 1/2数字多用表一台四、实验原理
模拟式小功率随动系统如下图所示:
1.实验前需进行零位调整，反馈极性判断，反馈极性判断又包括速度反馈极性判断和位置反馈极性判断，须使反馈为负反馈。

2.动态闭环实验系统调试。

按下面电路图连线，经过改变变阻
器大小来改变闭环系统放大倍数，经过一路A/D把输出相应采入
计算机进行绘图，同时测量输入电压和反馈电位计输入电压，算出稳态误差
五、实验结果
1. K=1时的过渡过程曲线。

成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院自动化学院专业方向飞行器控制班级110321学号11031022学生姓名周之涵实验五 采样系统研究一、实验目的1.了解信号的采样与恢复的原理及其过程，并验证香农定理。

2.掌握采样系统的瞬态响应与极点分布的对应关系。

3.掌握最少拍采样系统的设计步骤。

二、实验原理1. 采样：把连续信号转换成离散信号的过程叫采样。

2. 香农定理：如果选择的采样角频率s ω，满足max 2ωω≥s 条件（max ω为连续信号频谱的上限频率），那么经采样所获得的脉冲序列可以通过理想的低通滤波器无失真地恢复原连续信号。

3. 信号的复现：零阶保持器是将采样信号转换成连续信号的元件，是一个低通滤波器。

其传递函数：se Ts--1 4. 采样系统的极点分布对瞬态响应的影响：Z 平面内的极点分布在单位圆的不同位置，其对应的瞬态分量是不同的。

5. 最小拍无差系统：通常称一个采样周期为一拍，系统过渡过程结束的快慢常采用采样周期来表示，若系统能在最少的采样周期内达到对输入的完全跟踪，则称为最少拍误差系统。

对最小拍系统时间响应的要求是：对于某种典型输入，在各采样时刻上无稳态误差；瞬态响应最快，即过渡过程尽量早结束，其调整时间为有限个采样周期。

从上面的准则出发，确定一个数字控制器，使其满足最小拍无差系统。

三、实验内容1. 通过改变采频率s s s T 5.0,2.0,01.0=，观察在阶跃信号作用下的过渡过程。

被控对象模拟电路及系统结构分别如下图所示：图中，1)(/)()(==z E z U z D ，系统被控对象脉冲传递函数为：T T Ts e z e s s e Z z U z Y z G -----=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-==)1(4141)()()(系统开环脉冲传递函数为：T T w e z e Z G z D z G ----===)1(4)()()( 系统闭环脉冲传递函数为：)(1)()(z G z G z w w +=Φ在Z 平面内讨论，当采样周期T 变化时对系统稳定性的影响。

北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应实验目的：通过非线性环节对系统动态过程的响应实验，了解非线性环节对于系统动态过程的影响，掌握非线性环节对系统稳定性和动态响应的影响机制。

实验原理：在控制系统中，非线性环节是指系统主要由非线性元件组成的一种环节，如饱和环节、死区环节等。

非线性环节通常会引入系统的不稳定性和不良动态响应，使系统产生震荡、振荡或失去稳定等现象。

因此，对于非线性环节对系统动态过程的响应进行研究，可以帮助我们了解非线性环节对系统的影响及其调节方法。

实验装置：实验中使用的实验装置包括非线性环节调节台和数据采集系统。

非线性环节调节台中包含了饱和环节和死区环节两种非线性元件，可以通过改变其参数来调节非线性环节的作用程度。

数据采集系统用于实时采集和记录实验数据。

实验步骤：1.将非线性环节调节台连接至数据采集系统，保证信号传输的稳定性和准确性。

2.打开数据采集系统，并设置相应的实验参数，如采样频率和采样时间等。

3.首先进行饱和环节的实验。

调节饱和环节的幅值参数，并记录系统的响应曲线。

可以观察到，在饱和环节的作用下，系统响应出现了明显的振荡和周期变化。

4.然后进行死区环节的实验。

调节死区环节的参数，并记录系统的响应曲线。

可以观察到，在死区环节的作用下，系统响应出现了滞后和不连续等现象。

5.对比分析两种非线性环节的实验结果，总结非线性环节对系统动态过程的影响机制。

实验结果：通过实验得到的系统响应曲线可以明显观察到非线性环节对系统动态过程的影响。

在饱和环节的作用下，系统响应出现了周期性的振荡，而在死区环节的作用下，系统响应出现了滞后和不连续的现象。

实验总结：通过以上实验，我们可以得出以下结论：1.非线性环节对系统动态过程有显著的影响，会导致系统的稳定性下降和动态响应不理想。

2.饱和环节的作用会引起系统的振荡和周期变化，而死区环节的作用会引起系统的滞后和不连续。

3.针对非线性环节对系统的影响，可以采取相应的控制策略和调节方法，以提高系统的稳定性和动态响应。

自动控制原理实验报告2013年12月7日班级：学号：姓名：目录实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 (3)一、实验目的 (3)二、实验内容 (3)三、实验原理 (3)四、实验设备 (5)五、实验步骤 (5)六、实验结果 (5)七、实验结论 (10)实验二频率响应测试 (11)一、实验目的 (11)二、实验内容 (11)三、实验原理 (12)四、实验设备 (12)五、实验步骤 (12)六、数据记录 (13)七、数据处理 (16)八、误差分析和实验结论 (17)九、实验结论 (17)实验三控制系统串联校正 (18)一、实验目的 (18)二、实验内容 (18)三、实验设备 (18)四、实验步骤 (18)五、设计过程 (19)六、数据记录 (20)七、数据分析 (24)实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。

2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。

3.学习阶跃响应的测试方法。

二、实验内容1.立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。

2.立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。

三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：模拟运算电路如图1-1所示：图1-1由图得：在实验当中始终取, 则,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，测量纪录其过渡过程时ts。

（取 误差带）2．二阶系统:其传递函数为：＝令，则系统结构如图1-２所示：图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-３所示：图1-3取，，则及取不同的值, , ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取 误差带）,计算过渡过程时间Ts。

四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。

2.PC 机一台。

3.数字式万用表一块。

自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析实验日期：2017.9.29，2017.11.14小组成员：目录一、典型环节的模拟研究 (3)1.实验目的 (3)2.实验原理及说明 (3)3.实验内容及实验结果 (3)3.1观察比例环节的阶跃响应曲线 (4)3.2观察惯性环节的阶跃响应曲线 (7)3.3观察积分环节的阶跃响应曲线 (10)3.4观察比例环节的阶跃响应曲线 (13)3.5观察比例微分环节的阶跃响应曲线 (16)3.6观察PID（比例积分微分）环节的阶跃响应曲线 (17)4.结果分析 (20)二、二阶系统瞬态响应和稳定性 (21)1.实验目的 (21)2.实验原理及说明 (21)3.实验内容及实验结果 (23)4.结果分析 (29)一、典型环节的模拟研究1.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。

2.实验原理及说明①控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。

②再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。

③若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。

④典型环节的结构图及传递函数3.实验内容与实验结果3.1观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如下图所示。

传递函数：1(S)(S)(S)R R K K U U G i O === 单位阶跃响应：K )t (U =1)实验步骤（1）构造模拟电路：安置短路套及测孔联线，表如下。

（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（2）将A/D-D/A 转换（B2）DAOUT （矩形波）作为系统输入信号Ui,运行SACT 程序，选择线性系统时域分析项，点击启动实验项目弹出实验界面后，在“波形控制区”设置矩形波参数，设置矩形波“幅度”为4V ，“正脉宽”为1秒。

自动控制原理实验报告一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法3、学习阶跃响应的测试方法三、实验内容1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T 时的响应曲线，测定过渡过程时间T s2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s四、实验原理及实验数据 一阶系统系统传递函数：由电路图可得，取则K=1， T 分别取：0.25, 0.5, 1T 0.25 0.501.00 R 2 0.25M Ω 0.5M Ω 1M Ω C1μ1μ1μT S 实测 0.7930 1.5160 3.1050 TS 理论 0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1图1.2图1.3误差计算与分析（1）当T=0.25时，误差==6.12%；（2）当T=0.5时，误差==1.32%；（3）当T=1时，误差==3.58%误差分析：由于T 决定响应参数，而,在实验中R 、C 的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上图1.1图1.2图1.3也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。

但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。

实验结果说明由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T 确定，T 越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。

二阶系统系统传递函数：令二阶系统模拟线路0.25 0.50 1.00 R 4210.5C 2111实测 45.8% 16.9% 0.6% 理论 44.5% 16.3% 0% T S 实测13.98605.48954.8480T S 理论 14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1图2.2图2.3注：T s 理论根据matlab 命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。

北航自控实验报告北航自控实验报告自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一，通过实验，学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识，提高实践能力。

本文将从实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面，对北航自控实验进行详细介绍。

实验目的自控实验的目的是通过实际的控制系统，让学生了解自动控制的基本原理和方法，培养学生的实际操作能力和问题解决能力。

通过实验，学生能够掌握控制系统的建模、仿真和实际控制过程中的参数调整方法，提高自己的工程实践能力。

实验内容北航自控实验包括多个实验项目，其中包括PID控制器的设计与调整、系统建模与仿真、状态空间控制等。

在PID控制器的设计与调整实验中，学生需要根据给定的控制要求，设计出合适的PID控制器，并通过调整PID参数来实现系统的稳定性和性能要求。

在系统建模与仿真实验中，学生需要根据给定的系统动力学方程，建立系统的数学模型，并通过仿真软件进行系统的动态仿真。

在状态空间控制实验中，学生需要学习和应用状态空间法进行系统的控制设计。

实验结果通过实验，学生能够得到实验结果，并进行分析和总结。

实验结果包括系统的响应曲线、参数调整结果等。

学生需要根据实验结果，评估系统的控制性能，并对控制器的参数进行调整。

通过实验结果的分析，学生能够深入理解自动控制的原理和方法，并提高自己的问题解决能力。

实验总结自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一，通过实验，学生能够将理论知识应用到实践中，并提高自己的实际操作能力和问题解决能力。

在实验过程中，学生需要仔细操作实验设备，准确记录实验数据，并进行数据分析和总结。

通过实验总结，学生能够发现实验中存在的问题，并提出改进措施，提高自己的实验技巧和创新能力。

总之，北航自控实验是自动化专业学生不可或缺的一部分，通过实验，学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识，提高实践能力。

通过实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面的介绍，相信读者对北航自控实验有了更加深入的了解。

惯性导航技术综合实验实验五惯性基组合导航及应用技术实验惯性/卫星组合导航系统车载实验一、实验目的①掌握捷联惯导/GPS组合导航系统的构成和基本工作原理；②掌握采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导/GPS组合的基本原理；③掌握捷联惯导/GPS组合导航系统静态性能；④掌握动态情况下捷联惯导/GPS组合导航系统的性能。

二、实验内容①复习卡尔曼滤波的基本原理（参考《卡尔曼滤波与组合导航原理》第二、五章）；②复习捷联惯导/GPS组合导航系统的基本工作原理（参考以光衢编著的《惯性导航原理》第七章）；三、实验系统组成①捷联惯导/GPS组合导航实验系统一套；②监控计算机一台。

③差分GPS接收机一套；④实验车一辆；⑤车载大理石平台；⑥车载电源系统。

四、实验内容1）实验准备①将IMU紧固在车载大理石减振平台上，确认IMU的安装基准面紧靠实验平台；②将IMU与导航计算机、导航计算机与车载电源、导航计算机与监控计算机、GPS接收机与导航计算机、GPS天线与GPS接收机、GPS接收机与GPS电池之间的连接线正确连接；③ 打开GPS 接收机电源，确认可以接收到4颗以上卫星； ④ 打开电源，启动实验系统。

2） 捷联惯导/GPS 组合导航实验① 进入捷联惯导初始对准状态，记录IMU 的原始输出，注意5分钟内严禁移动实验车和IMU ；② 实验系统经过5分钟初始对准之后，进入导航状态； ③ 移动实验车，按设计实验路线行驶；④ 利用监控计算机中的导航软件进行导航解算，并显示导航结果。

五、 实验结果及分析(一) 理论推导捷联惯导短时段（1分钟）位置误差，并用1分钟惯导实验数据验证。

1、一分钟惯导位置误差理论推导：短时段内（t<5min ），忽略地球自转0ie ω=，运动轨迹近似为平面1/0R =，此时的位置误差分析可简化为：（1） 加速度计零偏∇引起的位置误差：210.88022t x δ∇==m （2） 失准角0φ引起的误差：202 0.92182g t x φδ==m （3） 陀螺漂移ε引起的误差：330.01376g t x εδ==m 可得1min 后的位置误差值123 1.8157m x x x x δδδδ=++= 2、一分钟惯导实验数据验证结果：（1）纯惯导解算1min 的位置及位置误差图：lat0.01s 度lon0.01s度北向位移误差0.01sm 东向位移误差0.01sm（2）纯惯导解算1min 的速度及速度误差图：-100-50050Vx0.01s m /s020406080Vy0.01sm /s100020003000400050006000-0.4-0.3-0.2-0.10Vx 误差0.01s m /s100020003000400050006000-0.1-0.0500.050.1Vy 误差0.01sm /s实验结果分析：纯惯导解算短时间内精度很高，1min 的惯导解算的北向最大位移误差-2.668m ，东向最大位移误差-8.231m ，可见实验数据所得位置误差与理论推导的位置误差在同一数量级，结果不完全相同是因为理论推导时做了大量简化，而且实验时视GPS 为真实值也会带来误差；另外，可见1min 内纯惯导解算的东向速度最大误差-0.2754m/s ，北向速度最大误差-0.08027m/s 。

北航自控实验报告北航自控实验报告自控是自动控制的简称，是一门涉及控制理论和控制工程的学科。

在工程领域中，自控技术的应用非常广泛，可以用于飞行器、机械设备、电力系统等各个领域。

为了更好地理解和应用自控技术，我参与了北航自控实验。

实验一：PID控制器的设计与调试PID控制器是自控领域中最常用的一种控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制环节组成。

在这个实验中，我们需要设计和调试一个PID控制器，以实现对一个电机转速的控制。

首先，我们在实验室里搭建了一个小型的电机转速控制系统。

通过连接电机和传感器，我们可以测量电机的转速，并将其反馈给控制器。

接下来，我们使用Matlab/Simulink软件进行PID控制器的设计。

通过调整PID控制器的参数，我们可以实现对电机转速的精确控制。

在调试过程中，我们遇到了一些挑战。

初始时，电机的转速波动较大，无法稳定在我们期望的值。

通过分析，我们发现PID控制器的参数需要进行适当的调整。

通过多次试验和参数调整，我们最终成功实现了对电机转速的稳定控制。

实验二：状态空间控制系统的建模与分析状态空间方法是一种用于描述和分析控制系统的数学工具。

在这个实验中，我们需要建立一个状态空间控制系统的数学模型，并进行分析。

我们选择了一个简单的倒立摆系统作为研究对象。

通过将系统分解为多个状态变量，并建立它们之间的动态方程，我们得到了一个状态空间模型。

接下来，我们使用Matlab软件进行模型的仿真和分析。

在仿真过程中，我们改变了系统的初始条件和外部扰动，观察了系统的响应。

通过分析仿真结果，我们可以得出一些结论。

例如，当初始角度较大时，系统的稳定性会受到影响；当外部扰动较大时，系统的响应会变得不稳定。

这些结论对于设计和优化控制系统非常有价值。

实验三：模糊控制系统的设计与实现模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它可以处理那些难以用精确数学模型描述的系统。

在这个实验中，我们需要设计和实现一个模糊控制系统，以实现对一个小型车辆的路径跟踪。