东南大学自控实验报告实验三闭环电压控制系统研究

东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电子电路实践第三次实验实验名称：单极低频放大电路（基础）院（系）：电气工程专业：电气工程及自动化姓名：学号：实验室: 104 实验时间：2013年11月6日评定成绩：审阅教师：实验三单级低频电压放大电路（基础）一、实验目的1、掌握单级放大电路的工程估算、安装和调试；2、了解三极管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法；3、掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源、交流电压表、函数发生器的使用技能训练。

二、实验原理实验原理图三、预习思考1、器件资料：上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的2、 偏置电路：教材图1-3中偏置电路的名称是什么，简单解释是如何自动调节BJT 的电流I C 以实现稳定直流工作点的作用的，如果R 1、R 2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？ 答：共发射极偏置电路。

共发射极偏置电路。

利用12,R R 构成的分压器给三极管基极b 提供电位B U ,又1BQ I I ,基极电位B U 可近似地由下式求得：212B CC R U V R R ≈⋅+当环境温度升高时，)(CQ EQ I I 增加，电阻E R 上的压降增大，由于基极电位B U 固定，加到发射结上的电压减小，BQ I 减小，从而使CQ I 减小，通过这样的自动调节过程使CQ I 恒定，即实现了稳定直流工作点的作用。

如果12,R R 取得过大，则1I 减小，不能满足12,R R 支路中的电流1BQ I I 的条件，此时，BQ V 在温度变化时无法保持不变，也就不能起到稳定直流工作点的作用。

3、 电压增益：(I) 对于一个低频放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。

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。

东南大学自动化学院实验报告课程名称：过程控制第三次实验实验名称：被控过程的电动调节阀实验院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号：同组人员：实验时间：2017 年 5 月13 日评定成绩：审阅教师：目录一．实验目的 (3)二．实验内容 (3)三．实验步骤 (3)四．实验现象 (3)五．思考题 (6)一、实验目的1、了解执行器的功能和组成；2、掌握电动调节阀的使用方法，并完成调节阀特性的测定工作；3、熟练掌握调节器的参数设置和手动、自动的操作方法。

二、实验内容1、仪表的配线操作；2、本实验的仪表配线图见图1.2，对实验控制台上的2#、3#调节器的输入、输出、电源进行插棒连线（6根弱电，4根强电）；3、调节器参数的设置；记录曲线，运用组态王中的历史趋势曲线，曲线下方操作按钮的作用参看附录二。

三、实验步骤1、了解P909智能调节器的工作原理P909介绍；2、掌握P909智能调节器的使用方法P909及其使用；3、掌握力控组态过程控制实验平台的使用方法力控软件；4、理解电动调节阀特性电动调节阀的使用；5、当液位平衡后，改变进水阀的开度，一般变化10%左右，等待液位再次平衡，并且记录下改变阀位的时刻。

四、实验现象1、电动调节阀的使用与评价（1）使用注意事项在工业自动化仪表中，电动调节阀算是一种极其笨重的仪表设备，因其结构简单，主要元部件又被壳体笼罩，加之安装在工艺管道上，所以往往不被人们重视。

但是，它的工作状态的好坏会直接影响自动控制过程，如调节阀一旦出现问题，操作人员就会忙手忙脚，还会涉及系统投运、生产安全、产品质量、环境污染等等。

为了确保电动调节阀能够正常工作，使生产系统安全运行，新阀在安装之前，应首先检查阀上的铭牌标记是否与设计要求相符。

同时还应对其基本误差限、全行程偏差、回差、死区、泄漏量（在要求严格的场合时进行）等项目进行调试。

如果是对原生产系统中调节阀进行了大修，除了对上述各项进行校验外，还应对旧阀的填料函和连接处等部位进行密封性检查。

最新自控实验报告实验三实验目的：1. 理解并掌握自控系统的基本原理和工作机制。

2. 学习如何搭建和调试简单的闭环控制系统。

3. 通过实验数据分析，加深对系统稳定性和响应特性的认识。

实验设备：1. 自动控制系统实验台。

2. 直流电机及调速器。

3. 传感器（如光电编码器）。

4. 数据采集卡及计算机。

5. 相关软件（如LabVIEW、MATLAB等）。

实验步骤：1. 按照实验指导书的要求，搭建闭环控制系统，包括电机、传感器和控制器。

2. 使用数据采集卡连接传感器和计算机，确保数据传输无误。

3. 开启实验软件，设置相应的参数，如控制算法（PID）、采样时间等。

4. 进行系统开环测试，记录电机的响应数据。

5. 切换至闭环模式，调整PID参数，进行系统调试，直至达到预期的控制效果。

6. 收集闭环控制下的数据，并进行分析，绘制系统响应曲线。

7. 分析系统的稳定性、过渡过程和稳态误差等性能指标。

实验结果：1. 系统开环测试结果显示，电机响应存在较大的超调和振荡。

2. 闭环控制调试后，系统响应速度加快，超调量减小，振荡减少。

3. 通过调整PID参数，系统达到较快的响应时间和较小的稳态误差。

4. 实验数据表明，所设计的控制系统能有效改善电机的动态和稳态性能。

结论：通过本次实验，我们成功搭建并调试了一个简单的闭环控制系统。

实验结果表明，合理的PID参数设置对于提高系统性能至关重要。

此外，实验过程中我们也加深了对自动控制系统原理的理解，为后续更复杂系统的设计和分析打下了坚实的基础。

东南大学自动化学院实验报告课程名称：自动控制基础第3次实验实验名称：闭环电压控制系统研究院（系）：能源与环境学院专业：热能与动力工程姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：2014年11月19 日评定成绩：审阅教师：目录一．实验目的 (1)二．实验原理 (1)三．实验设备 (1)四．实验线路图（模拟实物图） (2)五．实验步骤 (2)六．实验数据 (2)七．思考与回答 (3)八．实验总结 (4)实验三闭环电压控制系统研究一、实验目的：（1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题（2）会正确实现闭环负反馈（3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果二、实验原理：（1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）数学上的“相似性”，将各种实际物理装置经过简化、并抽象成数学形式。

我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。

又由于人本身的自然属性，人对纯数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。

所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把纯数学形式再变成“模拟实物”来研究。

这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。

实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理装置，而“模拟实物”的实验方式可以举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路，也有实际物理装置——电机，替代各种实际物理装置。

（2）自动控制的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的闭环形式，如步进电机控制，专家系统等，从大局看，还是闭环。

闭环控制可以带来想象不到的好处，两个演示实例说明这一点。

本实验就是用开环和闭环在负载扰动下的实验数据，说明闭环控制效果。

自动控制系统性能的优劣，其原因之一就是取决调节器的结构和算法的设计（本课程主要用串联校正、极点配置），本实验为了简洁，采用单闭环、比例算法K。

通过实验证明：不同的统K，对系性能产生不同的影响。

东南大学自动化学院实验报告课程名称：计算机控制技术第三次实验实验名称：离散化方法研究院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号：同组人员：实验时间：2017 年 4 月12 日评定成绩：审阅教师：目录一．实验目的 (3)二．实验设备 (3)三．实验原理 (3)四．实验步骤 (7)五．实验结果 (8)一、实验目的1．学习并掌握数字控制器的设计方法（按模拟系统设计方法与按离散设计方法）；2．熟悉将模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法（按模拟系统设计方法）；3．通过数模混合实验，对D(S)的多种离散化方法作比较研究，并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。

二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台2．PCI-1711数据采集卡一块3．PC机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server”)三、实验原理由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D和D/A）取代了常规的模拟控制。

在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化。

在介绍设计方法之前，首先应该分析计算机控制系统的特点。

图3-1为计算机控制系统的原理框图。

图3-1 计算机控制系统原理框图由图3-1可见，从虚线I向左看，数字计算机的作用是一个数字控制器，其输入量和输出量都是离散的数字量，所以，这一系统具有离散系统的特性，分析的工具是z变换。

由虚线II向右看，被控对象的输入和输出都是模拟量，所以该系统是连续变化的模拟系统，可以用拉氏变换进行分析。

通过上面的分析可知，计算机控制系统实际上是一个混合系统，既可以在一定条件下近似地把它看成模拟系统，用连续变化的模拟系统的分析工具进行动态分析和设计，再将设计结果转变成数字计算机的控制算法。

也可以把计算机控制系统经过适当变换，变成纯粹的离散系统，用z变化等工具进行分析设计，直接设计出控制算法。

按模拟系统设计方法进行设计的基本思想是，当采样系统的采样频率足够高时，采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统，此时忽略采样开关和保持器，将整个系统看成是连续变化的模拟系统，用s 域的方法设计校正装置D(s)，再用s 域到z 域的离散化方法求得离散传递函数D(z)。

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二、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一、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。

二、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(ω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。

实验二．二、三阶系统动态分析一．实验目的：1．学习二、三阶系统的电模拟方法及参数测试方法；2．观察二、三阶系统的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响； 3．学习虚拟仪器（超抵频示波器）的使用方法； 4．使用MATLAB 仿真软件进行时域法分析； 5．了解虚拟实验的使用方法。

二．实验设备及仪器1．模拟实验箱； 2．低频信号发生器；3．虚拟仪器(低频示波器)； 4．计算机；5．MATLABL 仿真软件。

三．实验原理及内容实验原理：1、二阶系统的数学模型系统开环传递函数为系统闭环传递函数为2、 二阶系统暂态性能(a) 延迟时间t d : 系统响应从 0 上升到稳态值的 50% 所需的时间。

)2s (s n 2nςω+ω为阻尼比（，为无阻尼自然振荡频率其中：ςωω+ςω+ω==n 2nn 22ns 2s )s (G )s (R )s (C(b) 上升时间t r : 对于欠阻尼系统是指 , 系统响应从 0 上升到稳态值所需的时间 ; 对于过阻尼系统则指 , 响应从稳态值的 10% 上升到 90% 所需的时间。

(c) 峰值时间t p : 系统响应到达第一个峰值所需的时间。

(d) 最大超调量σp ( 简称超调量 ) : 系统在暂态过程中输出响应超过稳态值的最大偏离量。

通常以单位阶跃响应稳态值的百分数来表示 , 即%100e e esin 1e)t sin(1e1)y(t )y()y()y(t σ22pn pn pn 11t 2t p d 2t p p p ⨯===-=+--=-=∞∞-=-------ζπζζπζζωζωζωϕζϕωζ超调量)t sin(1e 1)t (y d 2tn ϕωζζω+--=- 2n d p d 1ωπωπt 0)t sin()t (y ζω-==∴= 峰值时间求导可得对dr t t ωπt 1y(t)rϕ-=== 可令2n21n πϕωξ-=-t ≈n2d n d 2.06.01t 7.01ως+ς+ως+≈或n2d n d2.06.01t 7.01t ως+ς+≈ως+≈或(e) 调节时间t s : 系统响应到达并不再越出稳态值的容许误差带±Δ所需的最短时间 , 即通常取Δ为稳态值的 5% 或 2% 。

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。

PC三．1.2.3.4.5.6.一12二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化接方式，可分为：串馈回路之内采用的校测点之后和放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校正前：校正后：校正前：校正后：12PC（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(ω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。

因此，根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。

2．线性系统的频率特性系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比Φ（jω）和相位差∠Φ（jω）随角频率(ω由0变到∞)变化的特性。

而幅值比Φ（jω）和相位差∠Φ（jω）恰好是函数Φ（jω）的模和幅角。

所以只要把系统的传递函数Φ（s），令s=jω，即可得到Φ（jω）。

我们把Φ（jω）称为系统的频率特性或频率传递函数。

当ω由0到∞变化时，Φ（jω）随频率ω的变化特性成为幅频特性，∠Φ（jω）随频率ω的变化特性称为相频特性。

幅频特性和相频特性结合在一起时称为频率特性。

3．频率特性的表达式(1)(2)(3)幅值不易测量，可将其构成闭环负反馈稳定系统后，通过测量信号源、反馈信号、误差信号的关系，从而推导出对象的开环频率特性。

东南大学自动化学院实验报告课程名称：控制基础第 3 次实验实验名称：Matlab/Simulink仿真实验院（系）：自动化学院专业：自动化姓名：学号：实验室：416 实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：一． 实验目的1.学习系统数学模型的多种表达方法，并会用函数相互转换。

2.学习模型串并联及反馈连接后的系统传递函数。

3.掌握系统BODE 图，根轨迹图及奈奎斯特曲线的绘制方法。

并利用其对系统进行分析。

4. 掌握系统时域仿真的方法，并利用其对系统进行分析。

二． 实验内容1． 已知H （s ）=0.051(0.21)(0.11)s s s +++，求H （s ）的零极点表达式和状态空间表达式。

解： 状态空间表达式： 零点表达式：2．已知15()(1)(2)s H s s s s +=++，21()1H s s =+。

（1） 求两模型串联后的系统传递函数。

（2） 求两模型并联后的系统传递函数。

（3） 求两模型在负反馈连接下的系统传递函数。

解：（1）串联后的传递函数：（2）并联后的传递函数：(3)两模型在负反馈连接下的系统传递函数。

H2在反馈通道：H1在反馈通道：3．作出上题中（1）的BODE图，并求出幅值裕度与相位裕度。

（4）伯德图：求幅值裕度与相位裕度%幅值裕度，对应-5.07dB%相角裕度；%-180度相角频率%截止频率4. 给定系统开环传递函数为2()(2)(25)K G s s s s =+++，绘制系统的根轨迹图与奈奎斯特曲线，并求出系统稳定时的增益K的范围。

解：根轨迹图：奈奎斯特曲线：系统临界稳定时增益K的值为：26所以系统稳定时K的范围是：0<K<26 K=26时的奈奎斯特图：5.对题四中的系统，当K=10和40时，分别作出闭环系统的阶跃响应曲线，要求用Simulink实现。

解：当K=10时：闭环系统的阶跃响应曲线为：当K=40时：闭环系统的阶跃响应曲线为：实验分析：由图可看出，当K=10<26时，阶跃响应时收敛的，即闭环系统是稳定的。

一、实验目的1. 理解自动控制系统的基本概念和原理；2. 掌握自动控制系统的基本分析方法；3. 培养动手操作能力和实验技能；4. 提高对自动控制系统的设计、调试和优化能力。

二、实验原理自动控制系统是一种利用反馈控制原理，使被控对象的输出量能够跟踪给定输入量的系统。

本实验主要研究线性定常系统的稳定性、动态性能和稳态性能。

三、实验设备1. 自动控制实验台；2. 实验仪器：信号发生器、示波器、信号调理器、数据采集卡等；3. 实验软件：MATLAB/Simulink。

四、实验内容1. 系统搭建与调试（1）搭建实验台，连接实验仪器；（2）设置信号发生器，产生不同频率、幅值的信号；（3）调整信号调理器，对信号进行放大、滤波等处理；（4）将处理后的信号输入实验台，观察系统的响应。

2. 稳定性分析（1）根据实验数据，绘制系统的伯德图；（2）根据伯德图，判断系统的稳定性；（3）通过改变系统参数，观察对系统稳定性的影响。

3. 动态性能分析（1）根据实验数据，绘制系统的阶跃响应曲线；（2）根据阶跃响应曲线，分析系统的上升时间、超调量、调节时间等动态性能指标；（3）通过改变系统参数，观察对系统动态性能的影响。

4. 稳态性能分析（1）根据实验数据，绘制系统的稳态误差曲线；（2）根据稳态误差曲线，分析系统的稳态性能；（3）通过改变系统参数，观察对系统稳态性能的影响。

五、实验结果与分析1. 系统搭建与调试通过搭建实验台，连接实验仪器，观察系统的响应，验证了实验系统的可行性。

2. 稳定性分析根据伯德图，判断系统在原参数下的稳定性。

通过改变系统参数，观察对系统稳定性的影响，得出以下结论：（1）系统在原参数下稳定；（2）减小系统参数，系统稳定性提高；（3）增大系统参数，系统稳定性降低。

3. 动态性能分析根据阶跃响应曲线，分析系统的动态性能指标：（1）上升时间：系统在给定输入信号作用下，输出量达到稳态值的80%所需时间；（2）超调量：系统在达到稳态值时，输出量相对于稳态值的最大偏差；（3）调节时间：系统在给定输入信号作用下，输出量达到稳态值的95%所需时间。

东南大学自动化学院实验报告课程名称：自动控制基础实验名称：自动控制大型实验院（系）：自动化学院专业：自动化姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：一． 设计内容1、 任务要求（1） 给小型直流电机系统或球式磁悬浮系统,设计完整的闭环控制系统,采用极点配置的现代理论控制方式, 可以借助Simulink 软件设计控制器算法，使系统满足给定的性能指标。

（2） 系统要准确建模。

（3） 要实物框图，要有Simulink 仿真框图和设计计算。

（4） 实物当面验收和实验报告。

（5） 时间约10学时，即一周内完成。

2、 性能指标 （1） 无静态误差（2） 电机相应时间 < ０．３秒 （3） 磁悬浮响应时间 < ０．８秒 （4） 超调量 < ２０％二． 熟悉环境1、 电机组（1） 电机的工作原理电磁力定律和电磁感应定律。

直流电动机利用电磁力定律产生力合转矩。

直流发电机利用电磁感应定律产生电势。

电动机包含三部分：固定的磁极、电枢、换向片和电刷。

只要维持电动机连续旋转，保证电磁转矩的方向不变，才能维持电动机不停地转动。

实现上述现象的方法是导体转换磁极时，导体的电流方向必须相应的改变。

而换向片和电刷就是实现转换电流方向的机械装置。

改变电刷A 、B 上电源的极性，也就改变了电机转动的方向。

这就是正转反转的原理（2） 转矩平衡方程0()()()()()()()()()()()t a a e c a a a a a a dwT T T J em L dt T t K I t emE t K w t dw t T t J T t emdt dI t U t L R I t E t dt =++===+=++T em 是电枢转子受到的电磁转矩，0T 是电机本身的阻转矩，T L是电动机的负载转矩，dwJdt是负载折算到转子本身的转动惯量乘以转子的转速。

电机存在死区可以这样理解，死区主要由摩擦产生，开始时Tem要克服0T 带来的转矩，所以电机在死区范围内，能量都消耗在阻力上。

东南大学《自动控制原理》实验报告实验名称：实验四：系统频率特性的测试院（系）：专业：姓名：学号：实验室：416 实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：实验四系统频率特性的测试一、实验目的：（1）明确测量幅频和相频特性曲线的意义； （2）掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法； （3）利用幅频曲线求出系统的传递函数；二、实验原理：在设计控制系统时，首先要建立系统的数学模型，而建立系统的数学模型是控制系统设计的重点和难点。

如果系统的各个部分都可以拆开，每个物理参数能独立得到，并能用物理公式来表达，这属机理建模方式，通常教材中用的是机理建模方式。

如果系统的各个部分无法拆开或不能测量具体的物理量，不能用准确完整的物理关系式表达，真实系统往往是这样。

比如“黑盒”，那只能用二端口网络纯的实验方法来建立系统的数学模型，实验建模有多种方法。

此次实验采用开环频率特性测试方法，确定系统传递函数。

准确的系统建模是很困难的，要用反复多次，模型还不一定建准。

另外，利用系统的频率特性可用来分析和设计控制系统，用Bode 图设计控制系统就是其中一种。

幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比，即)()(ωωio U U A =。

测幅频特性时，改变正弦信号源的频率，测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值。

测相频有两种方法：（1）双踪信号比较法：将正弦信号接系统输入端，同时用双踪示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端两个正弦波，示波器触发正确的话，可看到两个不同相位的正弦波，测出波形的周期T 和相位差Δt ，则相位差0360⨯∆=ΦTt 。

这种方法直观，容易理解。

就模拟示波器而言，这种方法用于高频信号测量比较合适。

（2）李沙育图形法：将系统输入端的正弦信号接示波器的X 轴输入，将系统输出端的正弦信号接示波器的Y 轴输入，两个正弦波将合成一个椭圆。

通过椭圆的切、割比值，椭圆所在的象限，椭圆轨迹的旋转方向这三个要素来决定相位差。

自控理论实验报告实验三三阶系统的稳定性和瞬态响应学院：班号：学号：姓名：实验三三阶系统的稳定性和瞬态响应一、实验目的：1．了解和掌握典型三阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型三阶系统的传递函数表达式。

2．了解和掌握求解高阶闭环系统临界稳定增益K的多种方法（劳斯稳定判据法、代数求解法、MATLAB根轨迹求解法）。

3．观察和分析Ⅰ型三阶系统在阶跃信号输入时，系统的稳定、临界稳定及不稳定三种瞬态响应。

4．了解和掌握利用MATLAB的开环根轨迹求解系统的性能指标的方法。

二、实验内容及结果：1．按照三阶系统的模拟电路图连接电路；2．将函数发生器的矩形波输出作为系统输入。

运行相关的实验程序，选择“线性系统时域分析”，点击“启动实验项目”弹出实验界面后，调节实验机上函数发生器单元的“幅度调节”使矩形波输出幅度为2.5V，调节“正脉宽调节”使输出宽度≥6秒；3．运行、观察、记录：通道控制区，X轴的单位设置为1.28秒/格；分别将直读式可变电阻R调整到30K、41.7K、225K，点击“开始”，等待得到完整波形后，点击“停止”，用示波器观察输出端C(t)的系统阶跃响应，其实际响应曲线如图；K=2.22时的衰减振荡：K=12时的临界稳定等幅振荡：K=16.7时的发散振荡：三、MATLAB仿真：用MATLAB根轨迹求解法：反馈控制系统的全部性质，取决于系统的闭环传递函数，而闭环传递函数对系统性能的影响，又可用其闭环零、极点来表示。

MATLAB 的开环根轨迹图反映了系统的全部闭环零、极点在S 平面的分布情况，将容易求得临界稳定增益K 。

线性系统稳定的充分必要条件为：系统的全部闭环极点均位于左半S 平面，当被测系统为条件稳定时，其根轨迹与S 平面虚轴的交点即是其临界稳定条件。

化简为：根轨迹增益K K g 20该电路的闭环传递函数为：进入MATLAB--rlocus(num,den)，设定：得到按式绘制的MATLAB 开环根轨迹图，如图所示。