实 验 报 告
（ 2010/2011学年 第一学期）课程名称 自动控制原理
实验名称 控制系统的时域分析
实验时间 2010 年 11 月 27 日
指导单位 自动化学院
指导教师 程艳云
学生姓名 孙强 班级学号 B08050111
学院(系) 自动化 专 业 测控技术与仪器
一、实验目的：
1． 观察控制系统的时域响应；
2． 记录单位阶跃响应曲线；
3． 掌握时间响应分析的一般方法；
4． 初步了解控制系统的调节过程。
二、实验步骤：
1． 开机进入Matlab6.1运行界面。
2． Matlab指令窗："Command Window". 运行指令：con_sys; 进入本次实验主界面。
三、实验内容：
1、 观察一阶系统G=1/(T+s) 的时域响应：
取不同的时间常数T，分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。
T=3时：
T=14时：
2、 二阶系统的时域性能分析：
（1） 调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。
（2） 结合系统的零极点图，观察自然频率与阻尼比对极点位置的影响。
自然频率改变极点坐标，自然频率越小极点坐标越小
阻尼比改变阻尼角的大小，阻尼比越小阻尼角越大
（3） 结合时域响应图，观察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响。
自然频率增大，Tr，Tp，Ts减小，超调量不变
阻尼比增大，Tr，Tp，Ts不变，超调量增大
（4） 调节自然频率与阻尼比，要求：
Tr<0.56s
Tp<1.29s
Ts<5.46
超调不大于5％.
记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比。
3. 结合《自动控制原理》一书，Page 135，题3_10. 分别观察比例_微分与测速反馈对二阶系统性能的改善。
(1).按原始的调节参数输入，调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。
(2).采用不同的G输入，观察各项性能指数。
实验报告册
2020-2021 学年 一 学期
课程名称： MATLAB与控制系统仿真
学 院： 电气工程与自动化学院
专 业： 自动化
班 级： 自动化181
学 号： 1814241145
学生姓名： 曲嘉宝
河南工学院实验报告
实验项目 控制系统的时域分析法 实验日期 2020年11月17日
班 级 自动化181 姓 名 曲嘉宝
指导教师 王国柱 综合成绩
一、预习内容
1、实验目的和要求
1）绘制阶跃响应曲线，求解响应曲线性能指标，分析系统动态特性；
2）采用图形法直接获取系统性能指标；
3）针对二阶系统的时域响应，采取编制程序并对不同取值下的响应曲线进行综合分析；
4）系统分析工具LTIViewer绘制响应曲线；
5）用Simulink绘制稳态误差曲线。
2、实验内容和原理
1) 时域分析中MATLAB函数的应用；
2) 游动鼠标法求取性能指标。
3、实验所用主要仪器设备（或实验环境）
MATLAB软件
4、实验过程及结果
1) 已知系统的闭环传递函数为253)(2ssssG，试求其单位加速度输入响应曲线。
要求：响应时间0-10s；添加栅格；添加图标题，同时在标题里显示自己姓名；添加文字标注。
>> num=[1 3];
den=[1 5 2];
t=[0:0.1:10];
u=0.5*(t.^2);
甘肃有色冶金职业技术学院机电工程系
《自动控制原理及应用》教案
授 课 人 授课日期 授课地点
2016-11-22 冶金楼306
教学内容
第三章 时域分析法
第5节 时域分析法分析系统性能举例
选用教材 《自动控制原理及其应用》
黄坚主编·高等教育出版社
教学
目标
能力
目标
1.培养学生应用理论知识分析实际问题的能力；
2.培养学生逻辑思维能力。
知识
目标
1.掌握简易弹簧阻尼系统数学模型的建立方法；
2.掌握简易弹簧阻尼系统时间响应的求解方法；
3.锻炼应用时间响应评价系统性能的能力。
教学重点 1.弹簧阻尼系统单位脉冲响应和单位阶跃响应的求解；
2.弹簧阻尼系统时间响应与系统性能的关系。
教学难点 1.实际系统数学模型的搭建；
2.时间响应的数学表达式与系统性能的联系。
教学方法 讲授法
教学用具 多媒体设备、黑板 授课内容 一、课程介绍
自动控制可以理解为一门学科、一套知识体系，是自然科学的一个分支，又服务于各行各业。它要求在没有人直接参与的情况下使机器、设备或生产过程自行完成控制。它在控制系统和控制理论间建立起联系，应用数学方法解决实际问题。它应用广泛，在工农业生产、国防领域、科研领域、太空探索领域以及日常生活当中都能发现它的踪迹。
二、复习旧课
时域分析法的一般步骤：
建立数学模型 → 求解时间响应 → 求解性能指标 → 评价系统性能
三、导入新课
应用时域分析法对一个实际的控制系统展开分析。
四、课程内容
1．给定实际系统——弹簧阻尼系统
汽车底盘悬挂系统的减震器可以简化为一个弹簧阻尼系统。
悬挂系统可以缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车平顺行驶，以达到支持车身，改善乘坐的感觉的作用。
图1 汽车悬挂系统示意图
2.简化模型
汽车减震器最基本的构成是弹簧和阻尼器，可以将其简化为下图所示的简易模型，其中K为弹簧的劲度系数，f为弹簧的阻尼系数，m为减震器得承重，F（t）为施加到减震器上的等效压力，y(t)为减震器的位移（可等效为车身的相对位移）。
实验一 控制系统时域分析
一、实验目的
1、熟悉并掌握ACCC-II型控制理论及计算机控制技术实验平台及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。
3、研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。
4、在自动控制理论实验基础上，控制实际的模拟对象，加深对理论的理解。
二、实验设备
1、ACCC-II型控制理论及计算机控制技术实验平台
2、PC机1台
3、基于LABVIEW的上位机软件
三、实验内容
1、完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试。
2、观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
四、实验步骤
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。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。
1、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。
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。接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。界面上的操作步骤如下：
1）道接线情况:通过上位机界面中“通道选择” 选择任一组任一路A/D输入作为环节的输出,选择任一路D/A作为环节的输入.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同；将另一输出通道直接送倒输入通道(显示示波器信号源发出的输入波形)。
