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自动控制原理实验报告作者姓名学科专业机械工程及自动化班级学号X X年10月27日实验一一、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、建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。
2、建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、一阶系统阶跃响应性能指标的测试系统的传递函数为:()s()1C s KR s Ts φ=+（）=模拟运算电路如下图:其中21R K R =,2T R C =;在实验中，始终保持21,R R =即1K =，通过调节2R 和C 的不同取值，使得T 的值分别为0.25,0.5,1。
记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中按照经验公式取3s t T=2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试系统传递函数为：令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图：二阶系统的模拟电路图如下：在实验过程中，取22321,1R C R C ==，则442312R R C R ζ==，即4212R C ζ=；在实验当中取123121,1R R R M C C F μ===Ω==，通过调整4R 取不同的值，使得ζ分别为0.25,0.5,1；记录所测得的实验数据以及其性能指标，其中经验公式为3.5%100%,s net σζω=⨯=.四、试验设备：1、HHMN-1型电子模拟机一台。
2、PC机一台。
3、数字万用表一块。
4、导线若干。
五、实验步骤：1、熟悉电子模拟机的使用，将各运算放大器接成比例器，通电调零。
2、断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
3、将D/A输出端与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。
自动控制原理实验报告册院系：班级：学号：姓名：目录实验五采样系统研究 (3)实验六状态反馈与状态观测器 (9)实验七非线性环节对系统动态过程的响应 (14)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--14. 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。
自动控制原理实验报告目录2.2典型环节模拟电路及其数学模型1. 实验目的2. 实验原理3. 实验内容4. 实验步骤5. 实验数据记录3.1典型二阶系统模拟电路及其动态性能分析1. 实验目的2. 实验原理3. 实验内容4. 实验步骤5. 实验数据纪录3.4三阶控制系统的稳定性分析1. 实验目的2. 实验原理3. 实验内容4. 实验步骤5. 实验数据记录3.5基于Matlab告诫控制系统的时域响应动态性能分析1. 实验目的2. 实验内容3. 实验数据纪录4.1基于Matlab控制系统的根轨迹及其性能分析1. 实验目的2. 实验原理3. 实验内容4. 实验步骤5. 实验数据记录5.4 基于MATLAB控制系统的博德图及其频域分析1. 实验目的2. 实验原理3. 实验内容4. 实验步骤5. 实验数据记录2.2典型环节模拟电路及其数学模型1.实验目的1）掌握典型环节模拟电路的构成，学习运用模拟电子组件构造控制系统。
2）观察和安装个典型环节的单位节阶跃响应曲线，掌握它们各自特性。
3）掌握各典型环节的特性参数的测量方法，并根据阶跃响应曲线建立传递函数。
2.实验原理本实验通过实验测试法建立控制系统的实验模型。
实验测试法是人为地给系统施加某种测试信号，记录基本输出响应，并用适当的数学模型区逼近。
常用的实验测试法有三种：时域测试法，频域测试法和统计相关测试法。
通过控制系统的时域测试，可以测量系统的静态特性和动态特性指标。
静态特性是指系统稳态是的输入与输出的关系，用静态特性参数来表征，如增益和稳态误差。
动态性能指标是表征系统输入一定控制信号，输出量随时间变化的响应，常用的动态性能指标有超调量、调节时间、上升时间、峰值时间和振荡次数等。
静态特性可以采用逐点测量法，及给新一个输入量，新颖测量被控对象的一个稳态输出量，利用一组数据绘出静态特性曲线求出其斜率，就可以确定被测对象的增益。
动态特性可以采用阶跃响应或脉冲响应测试法，给定被测对象施加阶跃输入信号或脉冲信号，利用示波器或记录仪测量被测对象的输出响应，如为使测量尽可能的得到理想的数学模型，应注意以下几点：1）被测对象应处于实际经常使用的负荷情况，并且在较为稳定的状态下进行测试。
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。
二．实验设备PC机一台，TD-ACC+( TD-ACS实验系统一套。
三．实验内容1. 比例环节2. 积分环节3. 比例积分环节4. 惯性环节5. 比例微分环节6. 比例积分微分环节四、实验感想在本次实验后，我了解了典型环节的时域响应方面的知识，并且通过实践，实现了时域响应相关的操作，感受到了实验成功的喜悦。
实验二、线性系统的矫正一、目的要求1．掌握系统校正的方法，重点了解串联校正。
2．根据期望的时域性能指标推导出二阶系统的串联校正环节的传递函数、仪器设备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接方式可分为馈回路之内采用的测点之后和放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．串联校正环节的理论推导四、实验现象分析校正前：校正后：校正前：校正后：六、实验心得次实验让我进一步熟悉了TD-ACC实验系统的使用，进一步学习了虚拟仪器，更加深入地学习了自动控制原理，更加牢固地掌握了相关理论知识，激发了我理论学习的兴趣。
实验三、线性系统的频率响应分析、实验目的1 ．掌握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函2 ．掌握实验方法测量系统的波特图。
、实验设备PC机一台，TD-ACC系列教学实验系统一套三、实验原理及内容（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（3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。
《自动控制理论》实验报告实验一 典型系统的时域响应和稳定性分析一、实验目的1．研究二阶系统的特征参量 (ξ、ωn ) 对过渡过程的影响。
2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。
3．熟悉Routh 判据，用Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。
二、实验设备PC 机一台，TD-ACC +教学实验系统一套。
三、实验原理及内容1．典型的二阶系统稳定性分析(1) 结构框图：如图1-1所示。
图1-1(2) 对应的模拟电路图：如图1-2所示。
图1-2(3) 理论分析系统开环传递函数为：G(s)=)1(110 S T S T K开环增益： K=1T K 先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。
在此实验中由图1-2，可以确地1-1中的参数。
s T 10=， s T 2.01=，RK 2001=R K 200=⇒系统闭环传递函数为:KS S Ks W ++=5)(2其中自然振荡角频率：Rn 1010=ω ；阻尼比：4010R=ζ。
2．典型的三阶系统稳定性分析(1) 结构框图：如图1-3所示。
图1-3(2) 模拟电路图：如图1-4所示。
图1-4(3) 理论分析系统的开环传函为:)1)(1(21)()(210++=S T S T S T K K s G s H系统的特征方程为:1()()0G s H s +=。
020201223=+++K S S S (4) 实验内容实验前由Routh判断得Routh行列式为：S3 1 20S212 20KS120-5K/3 0S0 20K 0为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，因此可以确定系统稳定K值的范围0<K<12系统临界稳定K=12系统不稳定K值的范围K>12四、实验步骤1）将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。
由于每个运放单元均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。
实验课程名称 实验项目名称实验报告内容包含：实验目的、实验仪器、实验原理，实验内容、实验步骤、实验数据整理 与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果分析、实验思考题、实验心得。
【实验目的】1、 会用PID 法设计球杆系统控制器;2、 设计并验证校正环节；【实验仪器】1、 球杆系统；2、 计算机，Matlab 平台；【实验原理】1、PID 简介PID 的控制算法有很多，不同的算法各有其针对性。
图 2.2.1，图2.2.2，图2.2.3给 出了三种不同的算法。
在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是 PID 控制。
模拟PID控制系统原理框图如图3.2.1所示。
学生实验报告自动控制原理 实验二PID 校正系统由模拟PID 控制器和被控对象组成技世列口理N 慕笛甩用扭用期 m 雀莎先行pm 控制也尉mK 2JJ 蚀 HD (MUMPID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值 rt 与实际输出值yt 构成控制偏差etet 二rt -y t ( 2.2.1)将偏差的比例P 、积分I 和微分D 通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制, 故称PID 控制器。
其控制规律为或写成传递函数的形式=K p 1+丄 +T D S (2.2.3)I T i S 丿式中：K p ——比例系数；T |——积分时间常数；T D ——微分时间常数 在控制系统设计和仿真中，也将传递函数写成式中：K P ——比例系数；K |——积分系数；K D ——微分系数。
上式从根轨迹角度看， 相当于给系统增加了一个位于原点的极点和两个位置可变的零点。
简单说来，PID 控制器各校正环节的作用如下：A 、 比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号 et ，偏差一旦产生，控制器立即产生 控制作用，以减少偏差。
B 、 积分环节：主要用于消除稳态误差，提高系统的型别。
积分作用的强弱取决于积分时间常数T |，T |越大，积分作用越弱，反之则越强。
C 、 微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。
自动装置实验报告实验项目同步发电机并车实验同步发电机励磁控制实验学院电气信息学院任课老师肖先勇班级103姓名学号同步发电机并车实验一、实验目的1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法；3．熟悉同步发电机准同期并列过程；4．观察、分析有关波形。
二、原理与说明将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。
准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。
根据并列操作的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。
正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。
它能反映两个待并系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。
线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。
它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。
手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。
自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。
准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。
当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。
三、实验项目和方法（一）机组启动与建压1．检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；2．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。
调速器面板上数码管在并网前显示发电机转速（左）和控制量（右），在并网后显示控制量（左）和功率角（右）。
自动控制理论实验报告
姓名：乐云飞 专业：电气工程 学号：2017141411160
1、用上例中系统的仿真程序画出零极点图和单位阶跃响应曲线，分析 二者的对应关系；
由极零点图可以看出在实轴右半轴上存在闭环极点，故该函数单调发散。
2、单位反馈闭环系统传递函数为b
as s b s G ++=2)(的系统，分别取以下三组参数： a=6 b=36 a=8 b=36 a=8 b=25
（1）用图解法求得三种情况下的性能指标 Mp 、ts 和 tr ；
（2）用MATLAB 画出三种情况下的单位阶跃响应曲线，并与（1）中的结果进行 比较分析。
（本数据采用教材80页图4-16作为图解法依据。
）
当a=6 b=36时
p = -3.0000 + 5.1962i 图解法得
-3.0000 - 5.1962i Mp=16% ts =1.4s tr =0.28s
由MATLAB图可得
Mp=16.2% ts =1.36s tr =0.36-0.08=0.26s 与图解法吻合
当 a=8 b=36时
p = -4.0000 + 4.4721i 图解法得
-4.0000 - 4.4721i Mp=6% ts =1s tr =0.35s
由MATLAB图可得
Mp=6% t s =1s t r =0.42-0.08s 与图解法吻合
a=8 b=25图解法得
p = -4.0000 + 3.0000i Mp= 1.5% ts =1s tr =0.5s -4.0000 - 3.0000i
由MATLAB图可得
Mp=1.5% ts =1s（超调量小于2%故取ts=tp） tr =0.6-0.1=0.5s 与图解法吻合。
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。
