实验六比例积分微分

典型环节及其阶跃响应实验报告学院：机械工程学院班级：过控一班姓名：***学号：***********实验内容 比例环节响应 实验人 卢世宝实验时间 教师签字学号后三位 由于本人的学号为416 所以取R=416电路传递函数响应函数 48.0)(0-==K t U实验波形图实验内容 积分环节模拟电路实验人 卢世宝实验时间 教师签字学号后三位 由于本人的学号为416 所以取R=416电路传递函数响应函数t t Tt U 740.01)(0-=-=实验波形图48.0)()(21-=-=R RS U S U i o SCS R S U S U i o /740.01)()(0-=-=实验内容 比例积分环节模拟电路实验人 卢世宝实验时间教师签字学号后三位 由于本人的学号为416 所以取R=416电路传递函数)1(1)()(001010CSR R R CS R CS R S U S U i +-=+-== 0.35+0.014 / S响应函数 t TK t U 1)(0+= = -0.35 – 0.73 t实验波形图实验内容 比例微分环节模拟电路 实验人 卢世宝 实验时间教师签字学号后三位由于本人的学号为416 所以取R=416电路传递函数)11()()(321210+•++-=CS R CS R R R R S U S U i =)122101(+⨯+-S S响应函数)330210210()(CR t e R R R R R R R t U -++-=t e 50088.0088.0(--+-=)实验波形图实验内容 惯性环节模拟电路 实验人 卢世宝实验时间 教师签字学号后三位由于本人的学号为416 所以取 R=416电路传递函数1)()(11+-=CSRRRSUSUi14.0343.0+-=S响应函数)1()(0TteKtU---=)1(343.025te---=实验波形图实验内容PID模拟电路实验人卢世宝实验时间教师签字学号后三位由于本人的学号为416 所以取R=416电路传递函数)1()()(020211001S C R R R S C R R R S Ui S U ++-≈ = - ( 13 + 10S )响应函数]})1(1[1{)(0232211102210021C R te C R C R C R C R t C R R R R t U --++++-=)1(5.1350t e t -+--=实验波形图实验一 典型环节及其阶跃响应一．实验原理和设计合理运用运算放大器本身所具有的基本特性（开环增益高、输入阻抗大、输出阻抗小等）用不同的电阻、电容组成不同的反馈网络来模拟各种典型环节。

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。

自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析实验时间：2013.12.25实验地点：实验学生（签名）：实验设备验收人员（签名）：实验成绩：实验指导教师（签名）：—————————————————————————————一、实验目的1、认识各种电路元件，了解其功能，并能在电路板上连接电路图，分析电路的工作原理。

2、掌握线性系统的时域特性规律，观察比例微分环节、比例-积分-微分环节输出时域响应曲线，并测量相应参数。

3、熟悉自动控制原理实验装置，能够熟练运用LabACTn软件解决线性系统的时域输出响应。

二、实验原理及内容1、微分环节为了便于观察比例微分的阶跃响应曲线，本实验增加了一个小惯性环节，其模拟电路如图3-1-5所示。

图3-1-5 典型比例微分环节模拟电路 实际比例微分环节的传递函数：)11((S)(S)(S)S TSK U U G i O τ++==微分时间常数：CR R R R R T )(32121++=惯性时间常数：C R 3=τ21R R R K +=额外定义如下参数：3321)//(R R R R K D +=s K T D 06.0=⨯=τ比例微分环节对幅值为A 的阶跃响应为：))(()(K t KT A t U A +=δ2、PID （比例-积分-微分）环节PID （比例-积分-微分）环节模拟电路如图3-1-6所示。

图3-1-6 PID （比例-积分-微分）环节模拟电路 典型PID 环节的传递函数：s T K s T K K s T s T K s U s U s G d p i p p d i p i O ++=++==)11()()()(其中232121)(C R R R R R T d ++=， 121)(C R R T i +=，21R R R K p +=。

惯性时间常数：23C R =τ， τ⨯=D d K T ，3321)R //(R R R K D +=。

典型PID 环节对幅值为A 的阶跃响应为：])([)(0t T K t T K K A t U ip d p p ++⋅=δ三、实验步骤1、比例微分环节（1）构造模拟电路：按图3-1-5安置短路套及插孔连线，表如下。

实验六电机建模与控制实验原理：（1）电机建模原理电枢控制式直流电机的转速-电压关系在忽略电枢电感和电阻的情况下可建模为一阶惯性环节：G(s)=K 1+Ts该系统的阶跃响应为一条指数曲线C(t)=Ke−t T对该系统的建模可采用阶跃响应测量法、系统辨识方法和手动参数调节拟合法等。

①阶跃响应测量法：该系统单位阶跃响应的终值为K，而当C = 0.632K时，所经历时间恰等于0.8T。

因此可给电机加一阶跃电压输入，作出系统的阶跃响应曲线后，对图进行测量得到系统参数。

②系统辨识方法：给出特定输入后，根据系统响应和系统模型，利用系统辨识相关算法可实现对系统内部各参数的测量。

③手动参数拟合：画出理论模型的响应曲线，与实际系统响应比对，基于此调节参数，不断调节使理论相应与实际响应充分重合，即得到系统的模型。

（2）比例-微分和比例-积分控制器这两类控制器的传递函数分别为K p + K d s和K p +K is，常被串联进系统以改善系统的特性。

PD控制器利用微分项引入超前，增大系统的相位裕量进而改善系统动态性能，但对高频噪声的耐受减弱；PI控制器利用积分项，增大系统的无差度阶数，进而改善系统的稳态精度，但会导致响应变慢、甚至影响系统稳定性。

可利用校正后系统的阻尼系数和自然频率作为目标参数进行PI和PD控制器设计。

（3）电机速度和位置控制对电机速度进行PI控制的系统框图如下：假设目标阻尼系数为：，目标自然频率为：，则PI参数如下式所示。

对电机位置进行PD控制的系统框图如下：假设目标阻尼系数为：，目标自然频率为：，则PD参数如下式所示。

实验记录：1.电机建模为电机控制板供电，与计算机连接。

（1）阶跃响应测量：设定电机输入电压为2V、3V和4V阶跃，启动电机，记录三次的转速响应图如下：计算得到的电机模型参数如下表：因此，电机模型参数测得为：（2）系统辨识：设定电机输入电压为幅值3V，频率为0.5Hz的方波，运行辨识程序，识别得到的系统参数如下图：（3）手动参数调节：设定输入电压为：启动电机，手动调节参数使理论模型响应与实际转速响应重合时，参数如下：2.比例-积分控制电机转速选定目标参数为：自然频率ωn= ，阻尼系数ζ = 。

大连理工大学本科实验报告课程名称：自动控制原理实验A 学部：电子信息与电气工程专业：自动化辅修班级：学号：学生姓名：2017年 3 月9 日实验项目列表大连理工大学实验预习报告学院（系）：专业：班级：姓名：学号：组：___ 实验时间：实验室：实验台：指导教师签字：成绩：典型线性环节的模拟一、实验目的和要求二、实验原理和内容三、实验步骤1．比例环节模拟电路图及参数计算方法2．积分环节模拟电路图及参数计算方法3．比例积分环节模拟电路图及参数计算方法4．比例微分环节模拟电路图及参数计算方法5．微分环节的模拟电路图及参数计算方法6．比例积分微分环节模拟电路图及参数计算方法7．一阶惯性环节模拟电路图及参数计算方法四、实验数据记录表格1．比例环节2．积分环节3．比例积分环节4．比例微分环节5．比例微分积分环节6．一阶惯性环节大连理工大学实验报告学院（系）：专业：班级：姓名：学号：组：___ 实验时间：实验室：实验台：指导教师签字：成绩：典型线性环节的模拟一、实验目的和要求见预习报告二、实验原理和内容见预习报告三、主要仪器设备四、实验步骤与操作方法五、实验数据记录和处理1．比例环节的阶跃响应曲线2．积分环节的阶跃响应曲线3．比例积分环节的阶跃响应曲线4．比例微分环节的阶跃响应曲线5．微分环节的阶跃响应曲线6．比例积分微分环节的阶跃响应曲线7．惯性环节的阶跃响应曲线六、实验结果与分析七．思考题八、讨论、建议、质疑大连理工大学实验预习报告学院（系）：专业：班级：姓名：学号：组：___实验时间：实验室：实验台：指导教师签字：成绩：二阶系统的阶跃响应一、实验目的和要求二、实验原理和内容画出二阶系统的模拟电路图，如何通过改变电路中的阻、容值来改变二阶系统的参数？三、实验步骤1．在学习机上模拟二阶系统，仔细连线，不要发生错误2．取二阶系统的阻尼比ζ=0.2，时间常数T=0.47秒，求二阶系统的单位阶跃响应3．取二阶系统的阻尼比ζ=0.2，时间常数T=1.47秒，求二阶系统的单位阶跃响应4．取二阶系统的阻尼比ζ=0.2，时间常数T=1.0秒，求二阶系统的单位阶跃响应5．取二阶系统的阻尼比ζ=0.4，时间常数T=1.0秒，求二阶系统的单位阶跃响应6．取二阶系统的阻尼比ζ=0.7，时间常数T=1.0，求二阶系统的单位阶跃响应7．取二阶系统的阻尼比ζ=1，时间常数T=1.0，求二阶系统的单位阶跃响应四、实验数据记录大连理工大学实验报告学院（系）：专业：班级：姓名：学号：组：___ 实验时间：实验室：实验台：指导教师签字：成绩：二阶系统的阶跃响应一、实验目的和要求见预习报告二、实验原理和内容见预习报告三、主要仪器设备四、实验步骤与操作方法五、实验数据记录和处理标示出每条曲线的峰值、峰值时间、调整时间，计算最大超调量。

第1篇一、实验目的1. 理解比例微积分环节在自动控制系统中的作用。

2. 学习利用运算放大器实现比例微积分环节。

3. 通过实验验证比例微积分环节的阶跃响应特性。

4. 掌握实验数据处理方法。

二、实验原理比例微积分环节是一种线性环节，其传递函数为G(s) = K + Ks，其中K为比例系数，Ks为积分系数。

比例微积分环节具有比例和积分两种特性，可以用于控制系统中的稳态误差补偿、滤波、微分等。

三、实验仪器与设备1. 运算放大器2. 信号发生器3. 示波器4. A/D、D/A卡5. 计算机及实验软件四、实验步骤1. 启动计算机，在桌面信号、自控文件夹中双击图标，运行软件。

2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。

如通信不正常，查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

3. 连接典型环节的模拟电路，电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

4. 在实验项目的下拉列表中选择“典型环节及其阶跃响应”，鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。

5. 在参数设置对话框中设置相应的实验参数，包括比例系数K、积分系数Ks、采样时间等。

设置完成后，用鼠标单击确定，等待屏幕的显示区显示实验结果。

6. 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据，记录波形及数据。

7. 改变比例系数K和积分系数Ks，观察响应曲线的变化，分析比例微积分环节的特性。

五、实验结果与分析1. 比例环节在比例环节中，K为比例系数，表示输出信号与输入信号的比例关系。

当K=1时，输出信号与输入信号成线性关系；当K>1时，输出信号放大；当K<1时，输出信号衰减。

2. 积分环节在积分环节中，Ks为积分系数，表示输出信号对输入信号的积分。

当Ks>0时，输出信号随时间逐渐增大；当Ks<0时，输出信号随时间逐渐减小。

3. 比例积分环节比例积分环节具有比例和积分两种特性。

当K和Ks均为正值时，输出信号随时间逐渐增大；当K和Ks均为负值时，输出信号随时间逐渐减小。

典型环节的时域响应实验一、实验目的1、熟悉并掌握自动控制原理实验系统的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。

2、熟悉各种典型环节的理想阶跃响应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，掌握各典型环节的工作特点。

二、实验设备1、自动控制原理实验箱2、示波器三、实验原理典型环节分别有比例、积分、微分、惯性、比例积分、比例微分、比例积分微分等环节，在不同输入信号下将会有不同的输出响应，呈现出不同的工作特点，其方框图、传递函数、模拟电路等如下所示：1、比例环节(P)（1）方框图：如图1.1-1所示。

（2）传递函数：（3）阶跃响应：（4）模拟电路图：如图1.1-2所示。

注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K的电阻，实验中不需要再接。

以后的实验中用到的运放也如此。

（5）理想与实际阶跃响应对照曲线：①取R0=200K；R1=100K。

理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线②取R0=200K；R1=200K。

理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线2、积分环节(I)（1）方框图：如右图1.1-3所示。

（2）传递函数：（3）阶跃响应：（4）模拟电路：如图1.1-4所示。

（5）理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=200K；C=1uF。

理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线②取R0=200K；C=2uF。

理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线3.比例积分环节(PI)(1)方框图：如图1.1-5所示。

（2）传递函数：（3）阶跃响应：（4）模拟电路图：如图1.1-6所示。

（6）理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R1=200K；C=1uF。

理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线②取R0=R1=200K；C=2uF。

理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线4.惯性环节(T)（1）方框图：如图1.1-7所示。

（2）传递函数：（3）模拟电路图：如图1.1-8所示。

（4）理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R1=200K；C=1uF。

典型环节及其阶跃响应实验报告学院：机械工程学院班级：过控一班姓名：***学号：***********实验内容 比例环节响应 实验人 卢世宝实验时间 教师签字学号后三位 由于本人的学号为416 所以取R=416电路传递函数响应函数 48.0)(0-==K t U实验波形图实验内容 积分环节模拟电路实验人 卢世宝实验时间 教师签字学号后三位 由于本人的学号为416 所以取R=416电路传递函数响应函数t t Tt U 740.01)(0-=-=实验波形图48.0)()(21-=-=R RS U S U i o SCS R S U S U i o /740.01)()(0-=-=实验内容 比例积分环节模拟电路实验人 卢世宝实验时间教师签字学号后三位 由于本人的学号为416 所以取R=416电路传递函数)1(1)()(001010CSR R R CS R CS R S U S U i +-=+-== 0.35+0.014 / S响应函数 t TK t U 1)(0+= = -0.35 – 0.73 t实验波形图实验内容 比例微分环节模拟电路 实验人 卢世宝 实验时间教师签字学号后三位由于本人的学号为416 所以取R=416电路传递函数)11()()(321210+•++-=CS R CS R R R R S U S U i =)122101(+⨯+-S S响应函数)330210210()(CR t e R R R R R R R t U -++-=t e 50088.0088.0(--+-=)实验波形图实验内容 惯性环节模拟电路 实验人 卢世宝实验时间 教师签字学号后三位由于本人的学号为416 所以取 R=416电路传递函数1)()(11+-=CSRRRSUSUi14.0343.0+-=S响应函数)1()(0TteKtU---=)1(343.025te---=实验波形图实验内容PID模拟电路实验人卢世宝实验时间教师签字学号后三位由于本人的学号为416 所以取R=416电路传递函数)1()()(020211001S C R R R S C R R R S Ui S U ++-≈ = - ( 13 + 10S )响应函数]})1(1[1{)(0232211102210021C R te C R C R C R C R t C R R R R t U --++++-=)1(5.1350t e t -+--=实验波形图实验一 典型环节及其阶跃响应一．实验原理和设计合理运用运算放大器本身所具有的基本特性（开环增益高、输入阻抗大、输出阻抗小等）用不同的电阻、电容组成不同的反馈网络来模拟各种典型环节。

一、实验目的1. 理解并掌握典型环节（比例、惯性、比例微分、比例积分、积分、比例积分微分）的原理及其在控制系统中的应用。

2. 通过实验验证典型环节的阶跃响应特性，分析参数变化对系统性能的影响。

3. 熟悉MATLAB仿真软件的使用，掌握控制系统仿真方法。

二、实验原理控制系统中的典型环节是构成复杂控制系统的基础。

本实验主要研究以下典型环节：1. 比例环节（P）：输出信号与输入信号成比例关系，传递函数为 \( G(s) = K \)。

2. 惯性环节：输出信号滞后于输入信号，传递函数为 \( G(s) = \frac{K}{T s + 1} \)。

3. 比例微分环节（PD）：输出信号是输入信号及其导数的线性组合，传递函数为\( G(s) = K + \frac{K_d}{s} \)。

4. 比例积分环节（PI）：输出信号是输入信号及其积分的线性组合，传递函数为\( G(s) = K + \frac{K_i}{s} \)。

5. 积分环节（I）：输出信号是输入信号的积分，传递函数为 \( G(s) =\frac{K_i}{s} \)。

6. 比例积分微分环节（PID）：输出信号是输入信号、其导数及其积分的线性组合，传递函数为 \( G(s) = K + \frac{K_i}{s} + \frac{K_d}{s^2} \)。

三、实验设备1. 计算机：用于运行MATLAB仿真软件。

2. MATLAB仿真软件：用于控制系统仿真。

四、实验步骤1. 建立模型：根据典型环节的传递函数，在MATLAB中建立相应的传递函数模型。

2. 设置参数：设定各环节的参数值，例如比例系数、惯性时间常数、微分时间常数等。

3. 仿真分析：在MATLAB中运行仿真，观察并记录各环节的阶跃响应曲线。

4. 参数分析：改变各环节的参数值，分析参数变化对系统性能的影响。

五、实验结果与分析1. 比例环节：阶跃响应曲线为一条直线，斜率为比例系数K。

2. 惯性环节：阶跃响应曲线呈指数衰减，衰减速度由惯性时间常数T决定。