杭电自动化短学期实验报告-控制系统仿真-2013

一、实验目的1. 熟悉MATLAB/Simulink仿真软件的基本操作。

2. 学习控制系统模型的建立与仿真方法。

3. 通过仿真分析，验证理论知识，加深对自动控制原理的理解。

4. 掌握控制系统性能指标的计算方法。

二、实验内容本次实验主要分为两个部分：线性连续控制系统仿真和非线性环节控制系统仿真。

1. 线性连续控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了两个线性连续控制系统的模型。

第一个系统为典型的二阶系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)} \]第二个系统为具有迟滞环节的系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)(s+3)} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对两个系统分别进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。

（b）频率响应仿真我们对两个系统分别进行了频率响应仿真，并记录了仿真结果。

（3）性能指标计算根据仿真结果，我们计算了两个系统的性能指标，包括上升时间、超调量、调节时间等。

2. 非线性环节控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了一个具有饱和死区特性的非线性环节控制系统模型。

其传递函数为：\[ W_k(s) = \begin{cases}1 & |s| < 1 \\0 & |s| \geq 1\end{cases} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对非线性环节控制系统进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。

（b）相轨迹曲线绘制根据仿真结果，我们绘制了四条相轨迹曲线，以分析非线性环节对系统性能的影响。

三、实验结果与分析1. 线性连续控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，两个系统的性能指标均满足设计要求。

（b）频率响应仿真结果表明，两个系统的幅频特性和相频特性均符合预期。

2. 非线性环节控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，非线性环节对系统的性能产生了一定的影响，导致系统响应时间延长。

自动控制原理实验报告班级： __________学号： ______________姓名： ______________指导老师：3.1.1典型环节的模拟研究典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。

图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：G(S)_U o(S)_K K -尺：单位阶跃响应：U(t)=KU i(S)R o按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。

R0R1输入Ui比例系数K计算值测量值200K100K4V0.50.5050K200K1V4 3.92计算號式，UlrE 十|u.O £tU I「Ulrf —[J D Ufcr3 ED EL B2E3 P1H P340375图1 比例：R0=200, R1= 100，Ui=4V巫一□4V2 Q3¥L 13Q0 B6Hz 2 Q3¥T L 99^ 4.005V Z QJ1V 2.031V■ Fl 亘二 1. l：30 i D BBKt 4.023¥0047 3. 9B7 4.0637 Z.M1V 2.03212 燈-Y1册泌l/02-xl)绘大值屋＜1、晅握帼Y1「劇崖电压「季点轻制CH1亠采擇周朝T=OV-SV「时词呈程 -------------- 显示方式图3-1-2典型惯性环节模拟电路按下表改变图3-1-2所示的被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入实验报告。

R0 R1 C 输入Ui比例系数K 惯性常数T 计算值测量值 计算值 测量值 200K 200K1u 4V 1 1.0 0.2 0.2 50K1u1V43.90.20.22).观察惯性环节的阶跃响应曲线 典型惯性环节模拟电路如图周朋性拒那波信号B5 OUT 口200 K3-1-2所示。

K1 200KIK A5A10KA5BU 。

10KI I —1OUTBU O (S) _ KR i 传递函数：G (S) 0K- T =R 1C U i (S) i +rsR ot单位阶跃响应：U o (t) =K(1 -e 下)图 2 比例：R0=50, R1=200, Ui=1V典型积分环节模拟电路如图3-1-3所示。

自动控制原理实验报告班级：12063012姓名：成思屹学号：3.1典型环节的模拟研究3.1.1典型环节的模拟研究一、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。

（1）观察比例环节的阶跃响应曲线R0 R1 输入Ui比例系数K计算值测量值200K 100K 4V 0.5 200K 4V 150K 100K 2V 2 200K 1V 4截图依次如下：（2）观察惯性环节的阶跃响应曲线R0 R1 C 输入Ui比例系数K 惯性常数K 计算值测量值计算值测量值200K 200K 1U4V1 0.2 2U 1 0.450K 100K1U2V 2 0.1 200K 1V 4 0.2截图依次如下：（3）观察积分环节的阶跃响应曲线 R0 C输入Ui 积分常数Ti 计算值 测量值200K 1U1U 2U100K 1U2U截图依次如下：（4）观察比例积分环节的阶跃响应曲线R0 R1 C 输入Ui比例系数K 积分常数Ti计算值测量值计算值测量值200K200K1U1V12U 1100K1U 22U 2截图依次如下：3.1.2二阶系统瞬态响应和稳定性一、实验目的1.了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及I型二阶闭环系统的传递函数标准式。

2.研究I型二阶闭环系统的结构参数——无阻尼振荡频率，阻尼比对过渡过程的影响。

3.掌握欠阻尼I型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标MP,TP,TS的计算。

4.观察和分析I型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标MP,TP值，并与理论计算值做对比。

（1）计算和观察被测对象的临界阻尼的增益K，填入实验报告（2）画出阶跃响应曲线，测量超调量Mp，峰值时间tp填入实验报告截图如下：第一张为T=0.1时，Mp的计算；第二张为T=0.1时，tp 计算；第三张为T=0.3时，Mp的计算；第四张为T=0.3时，tp 计算。

成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院机械工程及自动化学专业方向工业工程与制造班级110715学号********学生姓名吕龙指导教师自动控制与测试教学实验中心实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验时间2013.10.30 实验编号同组同学无一、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，观测并记录不同时间常数T时的跃响应曲线，测定其过渡过程时间Ts。

2.建立二阶系统的电子模型，观测并记录不同阻尼比ζ时的跃响应曲线，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。

4.导线若干。

五、实验步骤1. 熟悉HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，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. 将与系统输入端连接，将与系统输出端连接。

线路接好后，经教师检查后再通电。

4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线。

5. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。

六、实验结果1.一阶系统T 0.25 0.5 1R2/MΩ0.25 0.5 11 1 1实测值/s 0.76 1.55 3.03理论值/s 0.75 1.50 3.00响应曲线（1）T = 0.25:（2）T = 0.5:（3）T = 12.二阶系统0.25 0.5 1.0R4/MΩ 2 1 0.51 1 1实测40.5 16.0 0理论44.4 16.3 0 实测值/s 10.95 5.2 4.9理论值/s 14 7 4.7响应曲线（1）R4=2MΩ（2）R4=1MΩ（3）R4=0.5MΩ七、结果分析从得到的数据可以看出，不论是一阶还是二阶系统，实测值均与理论值有着或多或少的偏差。

一、实验目的1. 理解过程控制的基本原理和方法；2. 掌握过程控制系统的设计、调试与优化；3. 熟悉过程控制实验设备的使用方法；4. 提高实际操作能力，培养团队合作精神。

二、实验原理过程控制是利用自动化仪表和计算机对工业生产过程中的各种参数进行检测、控制和调节的一种技术。

本实验主要涉及以下原理：1. PID控制算法：PID控制器是一种模拟控制器，它通过比例、积分、微分三个环节对被控对象的输出进行调节，以达到预期的控制效果。

2. 过程控制系统：过程控制系统由被控对象、控制器、执行机构和反馈环节组成。

控制器根据反馈环节的信号对执行机构进行调节，使被控对象达到预期的控制目标。

三、实验设备1. 过程控制实验台；2. 计算机及上位机软件；3. 数据采集卡；4. 控制器、执行机构和传感器等。

四、实验内容1. PID控制器参数整定：通过改变PID控制器的比例、积分、微分参数，观察被控对象的响应，寻找最佳参数组合。

2. 过程控制系统仿真：利用上位机软件，对过程控制系统进行仿真，分析系统性能。

3. 实验数据分析：对实验数据进行处理和分析，得出结论。

五、实验步骤1. 熟悉实验台设备和上位机软件的操作；2. 搭建实验系统，包括被控对象、控制器、执行机构和传感器等；3. 设置实验参数，包括PID控制器参数、采样时间等；4. 进行PID控制器参数整定，观察被控对象的响应；5. 利用上位机软件对过程控制系统进行仿真，分析系统性能；6. 对实验数据进行处理和分析，得出结论。

六、实验结果与分析1. PID控制器参数整定结果通过实验，得到PID控制器参数如下：比例系数Kp：120积分时间Ti：150微分时间Td：10整定后的系统在2秒内达到稳态，稳态误差为0，动态性能较满意。

2. 过程控制系统仿真结果通过仿真，得到以下结果：系统在0.5秒内达到稳态，稳态误差为0，动态性能较满意。

3. 实验数据分析根据实验数据，分析如下：（1）PID控制器参数对系统性能的影响比例系数Kp：增大Kp，系统动作灵敏，响应速度加快，但过大会使振荡次数增加，系统趋向不稳定。

实验一、常规PID控制算法仿真仿真框图如下实验参数：shiyanpid Ts=0.1s，b为班号1～5，x为学号后2位，1～45实验要求：（1）画Simulinnk框图（2）设计或凑试PID三个参数，进行仿真（3）使稳态误差为0，且动态性能较满意仿真框图：实验分析：b=1,x=15。

比例系数Kp增大时系统动作灵敏，响应速度加快，过大会使振荡次数增加，系统趋向不稳定，这里取120。

积分环节可以消除稳态误差，Ti减小，系统振荡次数增加，这里取Ki为150。

微分环节可以改善系统动态性能，减小超调和调节时间，这里取Kd为10。

系统在2秒内达到稳态。

实验二、积分分离PID控制算法仿真实验参数：shiyanpidjffl Ts=0.1s，b为班号1～5，x为学号后2位，1～45实验要求：（1）画Simulinnk框图（2）使稳态误差为0，且动态性能较满意（3）尝试不同的积分分离的阈值（比如ε＝0，0.1，0.2，……，0.9，1），观察阶跃响应，并确定最佳的阈值实验框图：翻译后Switch模块的说明：如果2输入满足规则，则1通道通过，否则3输入通过。

输入被标号。

1输入通过规则是输入2（偏差e)大于或等于阀值。

第一三输入为数据输入，第二输入为控制输入。

原理：|e(k)|<=ε,ki起作用|e(k)|>ε,ki不起作用，由于阶跃输入，(treshhold )ε＝0.1，0.2，……，0.9，1。

由于参数原因去kp=50,ki=kd=0时，曲线最好为了体现ε的作用，积分值不取0，改为Ki=10取不同ε后的曲线ε=0.1ε=0.5ε=1分析：ε=0.1时曲线最好，ε过大起不到积分分离的作用，比如ε=1，总会存在积分作用，ε过小可能是控制不能跳出积分分离的区域，从而只存在PD作用，长时间存在静差。

实验三、不完全微分PID控制算法仿真1、不完全微分PID控制器的阶跃响应实验参数：Shiyanpidbwqwfstep Ts=0.1s，仿真时间设为10s,5s,3s P=1 I=1 D=1滤波器参数a=0.1，0.2，……，0.8，1.2，实验框图：框图1：积分输出：微分输出：可见微分只在第一个单位时间有相应，而且较大框图2：a=0.1时a=0.5时：a=1时：分析：引入惯性环节后，对微分环节对阶跃响应有明显的改善作用。

控制系统仿真实验报告——一、实验目的：进一步掌握数值积分法；进一步掌握MA TLAB 软件的使用方法。

二、实验设备：数字计算机，MA TLAB 软件三、实验预备：（1）将传递函数化为一阶微分方程组（即状态方程）；令1y y = ，2y y = ，则11222140.6()102722.06y y y y y x t y y y=⎧⎪=⎨⎪=---⎩ 写作矩阵形式：11220100001022.06271040.6y y y y y y ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥---⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ （2）分别写出四种方法的计算公式；令12y Y y y ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦, 01000122.062710A ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥---⎣⎦ ,0040.6C ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ , 则可化为Y AY C =+① 欧拉法：Y(i+1)=Y(i)+(A*Y(i)+C)*h; ② 改进欧拉法：Yp=Y(i)+(A*Y(i)+C)*hY(i+1)=Y(i)+(A*Y(i)+C+A*Yp+C)*h/2;③ 四阶经典龙格库塔法：k1=A*Y(i)+C;k2=A*(Y(i)+k1*h/5)+C; k3=A*(Y(i)+2*k1*h/5)+C;k4=A*(Y(i)-2*k1*h/5+k2*h)+C;k5=A*(Y(i)+0.3*k1*h+0.5*k4*h)+C;Y(i+1)=Y(i)+(-k1+15*k2-5*k3+5*k4+10*k5)*h/24;④ 四阶亚当姆斯预估校正法：Yp=Y(i)+(55*(A*Y(i)+C)-59*(A*Y(i-1)+C)+37*(A*Y(i-2)+C)-9*(A*Y(i-3)+C))*h/24;Y(i+1)=Y(i)+(9*(A*Yp+C)+19*(A*Y(i)+C)-5*(A*Y(i-1)+C)+(A*Y(i-2)+C))*h/24;（3）理论分析：计算系统特征值。

控制系统仿真实验报告目录7.2.2 (1)7.2.3 (7)7.2.4 (12)7.2.5 (17)7.2.6 (21)7.3.1 (24)总结 (25)7.2.2控制系统的阶跃响应实验目的：观察学习控制系统的单位阶跃响应记录单位阶跃响应曲线掌握时间响应分析的一般方法实验内容：1.二阶系统G(s)=10s2 + 2s +101）键入程序，观察并记录单位阶跃响应曲线First.mclose all;clear all;clc;num=[10];den=[1 2 10];step(num,den);title(‘阶跃响应曲线’);2）键入damp(den) 计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率，并记录结果：Eigenvalue（闭环根）Damping（阻尼比）Freq. (rad/s)（无阻尼振荡频率）-1.00e+000 + 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000-1.00e+000 - 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+0003）记录实际测取的峰值大小、峰值时间及过渡过程时间，并填表：实际值理论值峰值C max 1.35 1.3511峰值时间t p 1.05 1.0467 过渡时间Ts± 5% 2.52 2.501± 2% 3.54 3.535由理论知识知⎧4.5⎪⎪ζωnts=⎨3.5∆= 2%(0 <ζ< 0.9)t =π/ ω=π/ 3⎪∆= 5% p d⎪⎩ζωn编写代码x.m%返回峰值时间，超调量，调节时间5%，2%function [tr b ts1 ts2]=x(a,wn)wd=wn*(1-a^2)^0.5;%求解wdtp=3.14/wd;%峰值时间b=exp((-3.14*a/(1-a^2)^0.5));%超调量ts1=3.5/(wn*a),ts2=4.5/(wn*a);%调节时间计算得到理论值，填入表中2 1)修改参数，分别实现ζ 程序：second.m clear all; close all; clc;= 1和ζ = 2 的响应曲线，并记录 n0=10;d0=[1 2 10];step(n0,d0);%原系统，kesai=0.36 hold on;%保持原曲线n1=n0;d1=[1 6.32 10];step(n1,d1);%kesai=1; n2=n0;d2=[1 12.64 10];step(n2,d2);%kesai=2;如图，kesai 分别为 0.36,1,2，曲线幅度递减2）修改参数，分别写出程序实现w =1w 和w n 2 = 2w 0 的响应曲线，并记录程序：third.m clear all; close all; clc;n 12n0=10;d0=[1 2 10];step(n0,d0);%原系统，wn0=10^0.5 hold on;%保持原曲线n1=0.25*n0;d1=[1 1 n1];step(n1,d1);%wn1=0.5*wn0; n2=4*n0;d2=[1 4 n2];step(n2,d2);%wn2=4*wn0=2;如图，wn=2*wn0,wn0,0.5*wn0，上升时间逐渐增长，超调量不变3. 作出以下系统的阶跃响应，并与原系统响应曲线进行比较，作出相应的实验分析结果（1） G 1(s ) =2s + 10 s 2 + 2s + 10，有系统零点的情况（2） G 2 (s ) = s 2+ 0.5s + 10 2，分子、分母多项式阶数相等 s + 2s + 10（3） G 2 (s ) = s 2 + 0.5s s 2+ 2s + 10，分子多项式零次项为零（4） G 2 (s ) =ss 2+ 2s +10，原响应的微分，微分系数为 1/10程序：%各系统阶跃响应曲线比较G0=tf([10],[1 2 10]);G1=tf([2 10],[1 2 10]);G2=tf([1 0.5 10],[1 2 10]); G3=tf([1 0.5 0],[1 2 10]);G4=tf([1 0 ],[1 2 10]); step(G0,G1,G2,G3,G4); grid on;title(' Step Response 曲线比较');4.试做一个三阶系统和四阶系统的阶跃响应，并分析实验结果假设一个三阶和一个四阶系统，如下sys1=1s3 +s2 +s +1sys2 =1s4 +s3 +s2 +s +1sys1=tf([1],[1 1 1 1]);sys2=tf([1],[1 1 1 1 1]);step(sys1,sys2);如图，分别为sys1,sys2 系统阶跃响应曲线分析1：系统阻尼比和无阻尼振荡频率对系统阶跃相应的影响解：在欠阻尼响应曲线中，阻尼比越小，超调量越大，上升时间越短，通常取kesai 在0.4 到0.8 之间，此时超调量适度，调节时间较短；若二阶系统的阻尼比不变，振荡频率不同，其阶跃响应的振荡特性相同但响应速度不同，wn 越大，响应速度越快。

控制系统仿真实验报告一、实验目的本次控制系统仿真实验的主要目的是通过使用仿真软件对控制系统进行建模、分析和设计，深入理解控制系统的工作原理和性能特点，掌握控制系统的分析和设计方法，提高解决实际控制问题的能力。

二、实验设备与软件1、计算机一台2、 MATLAB 仿真软件三、实验原理控制系统是由控制对象、控制器和反馈环节组成的一个闭环系统。

其工作原理是通过传感器测量控制对象的输出，将其与期望的输出进行比较，得到误差信号，控制器根据误差信号产生控制信号，驱动控制对象，使系统的输出逐渐接近期望的输出。

在仿真实验中，我们使用数学模型来描述控制对象和控制器的动态特性。

常见的数学模型包括传递函数、状态空间方程等。

通过对这些数学模型进行数值求解，可以得到系统的输出响应，从而对系统的性能进行分析和评估。

四、实验内容1、一阶系统的仿真建立一阶系统的数学模型，如一阶惯性环节。

使用 MATLAB 绘制系统的单位阶跃响应曲线，分析系统的响应时间和稳态误差。

2、二阶系统的仿真建立二阶系统的数学模型，如典型的二阶振荡环节。

改变系统的阻尼比和自然频率，观察系统的阶跃响应曲线，分析系统的稳定性、超调量和调节时间。

3、控制器的设计与仿真设计比例控制器（P 控制器）、比例积分控制器（PI 控制器）和比例积分微分控制器（PID 控制器）。

对给定的控制系统，分别使用不同的控制器进行仿真，比较系统的性能指标，如稳态误差、响应速度等。

4、复杂控制系统的仿真建立包含多个环节的复杂控制系统模型，如串级控制系统、前馈控制系统等。

分析系统在不同输入信号下的响应，评估系统的控制效果。

五、实验步骤1、打开 MATLAB 软件，新建脚本文件。

2、根据实验内容，定义系统的数学模型和参数。

3、使用 MATLAB 中的函数，如 step(）函数绘制系统的阶跃响应曲线。

4、对响应曲线进行分析，计算系统的性能指标，如超调量、调节时间、稳态误差等。

5、设计控制器，修改系统模型，重新进行仿真，比较系统性能的改善情况。

哈尔滨理工大学实验报告控制系统仿真专业：自动化 12-1学号：1230130101姓名：一．分析系统性能课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29地点3#姓名蔡庆刚学号1230130101班级自动化 12-1一．实验目的及内容：1.熟悉 MATLAB 软件的操作过程；2.熟悉闭环系统稳定性的判断方法；3.熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。

二．实验用设备仪器及材料：PC, Matlab 软件平台三、实验步骤1.编写 MATLAB 程序代码；2.在 MATLAT 中输入程序代码，运行程序；3.分析结果。

四．实验结果分析：1.程序截图得到阶跃响应曲线得到响应指标截图如下2.求取零极点程序截图得到零极点分布图3.分析系统稳定性根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极点, 并观察是否含有实部大于 0 的极点，如果有系统不稳定。

有零极点分布图可知系统稳定。

二．单容过程的阶跃响应一、实验目的1.熟悉 MATLAB 软件的操作过程2.了解自衡单容过程的阶跃响应过程3.得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线二、实验内容已知两个单容过程的模型分别为 G( s)1和 G( s)1 e 5 s，试在0.5s5s1Simulink 中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。

三、实验步骤1.在 Simulink 中建立模型，得出实验原理图。

2.运行模型后，双击 Scope，得到的单位阶跃响应曲线。

四、实验结果1．建立系统 Simulink 仿真模型图，其仿真模型为2．过程阶跃响应曲线为三．单容过程的阶跃响应一、实验目的1.了解比例积分调节的作用；2.了解积分调节强弱对系统性能的影响。

二、实验内容已知控制系统如下图所示，其中G0 ( s)1( s ， H(s)为单位反1)(2 s 1)(5s 1)馈，且在第二个和第三个环节（即1和1）之间有累加的扰动输入（在(2 s(5s1)1)5 秒时幅值为 0.2 的阶跃扰动）。

实验时间：5月25号序号：杭州电子科技大学自动化学院实验报告课程名称：自动化仪表与过程控制实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验名称：上水箱液位PID整定实验实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验指导教师：尚群立学生姓名：俞超栋学生学号：09061821实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。

二．实验设备AE2000型过程控制实验装置， PC 机，DCS 控制系统与监控软件。

三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：丹麦泵电动调节阀V1DCS控制系统手动输出hV2Q1Q2图1-1、 单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。

然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。

图解法是确定模型参数的一种实用方法。

不同的模型结构，有不同的图解方法。

单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。

如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2固定于某一开度值。

根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞)0 T式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。

令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：当t=T 时，则有：h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e-t/T)当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。

哈尔滨理工大学实验报告控制系统仿真专业: 自动化12-1学号: 1230130101姓名:一.分析系统性能一．实验目的及内容:1、熟悉MATLAB软件的操作过程;2、熟悉闭环系统稳定性的判断方法;3、熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。

二．实验用设备仪器及材料:PC, Matlab 软件平台三、实验步骤1、编写MATLAB程序代码;2、在MATLAT中输入程序代码,运行程序;3、分析结果。

四.实验结果分析:1、程序截图得到阶跃响应曲线得到响应指标截图如下2、求取零极点程序截图得到零极点分布图3、分析系统稳定性根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法就是求出系统所有极点,并观察就是否含有实部大于0的极点,如果有系统不稳定。

有零极点分布图可知系统稳定。

二.单容过程的阶跃响应一、实验目的1、熟悉MATLAB软件的操作过程2、了解自衡单容过程的阶跃响应过程3、得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线二、实验内容已知两个单容过程的模型分别为1()0.5G ss=与51()51sG s es-=+,试在Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。

三、实验步骤1、在Simulink中建立模型,得出实验原理图。

2、运行模型后,双击Scope,得到的单位阶跃响应曲线。

四、实验结果1.建立系统Simulink仿真模型图,其仿真模型为2.过程阶跃响应曲线为三.单容过程的阶跃响应一、实验目的1、 了解比例积分调节的作用;2、 了解积分调节强弱对系统性能的影响。

二、实验内容已知控制系统如下图所示,其中01()(1)(21)(51)G s s s s =+++,H(s)为单位反馈,且在第二个与第三个环节(即1(21)s +与1(51)s +)之间有累加的扰动输入(在5秒时幅值为0、2的阶跃扰动)。

对系统采用比例积分控制,比例系数为2p K =,积分时间常数分别取3,6,12i T =,试利用Simulink 求各参数下系统的单位阶跃响应曲线与扰动响应曲线。

实验时间：2016年6月杭州电子科技大学自动化学院实验报告课程名称：计算机控制系统实验名称：计算机控制系统实验指导教师：xxx学生姓名：xxx学生学号：xxx实验一：常规PID控制算法仿真Simulink框图班级：4，学号28；如图所示得到的稳态误差为0，动态性能非常好实验分析：由于后面的传递函数的原因，在调节PID参数时应当用用较大倍数来调试，并且增大示波器的显示时间长度，然后再来调节。

因为第一个实验较为简单，慢慢掌握PID参数调节经验就可以实验二：积分分离PID控制算法仿真Simulink框图示波器图像：P=5 I=25 D=0.1实验分析：在阈值为1的时候调节出来的图像较为满意，如图所示，曲线响应快速，在1s内就达到了稳态值，且稳定。

实验三：1、不完全微分PID控制器的阶跃响应Simulink框图Scope2结合了滤波前和滤波后的图像，如图所示：参数调节后的图像，P=2.3 I=3 D=1.5结果分析：很明显加入滤波后，图像明显缓和。

经过PID参数调试后，结果图像在1s时达到稳态值，并保持稳定，动态性能极好。

2，具有不完全微分PID控制器的系统的阶跃响应Simulink框图PID参数调节后的图像：P=6 I=0 D=0.5实验分析：虽然图像看起来不那么完美，但是实际上是不错的，大概在4s 的时候达到稳态值并保持稳定，没有超调实验四：模糊控制系统仿真Fuzzy设计图像：Simulink框图：得到的示波器显示图：实验分析：经过调解后的图形在稳定前略有振荡，尝试过其他参数，但是D参数那里只能设置为0，不然就会卡住。

为了让其达到稳态值，并稳定只能加大参数，不免会出现略微的振荡。

但是这个调节大概在5s就到了稳态，所以还是比较理想的。

实验五：洗衣机模糊控制仿真matlab练习Fuzzy rules:输入【14 ，28】得出洗涤时间18.4该实验主要是了解模糊控制器的设计步骤。

杭电自控实验报告自动控制原理实验报告12063012 班级：姓名：成思屹12063203学号：3.1典型环节的模拟研究 3.1.1典型环节的模拟研究一、实验目的传递函数表达式及输出时域函数了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、1. 表达式。

了解各项电路参数对典型环节动态特观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，2. 性的影响。

1（）观察比例环节的阶跃响应曲比例系KR0R1输Ui计算测量100K4V0.5200K200K4V1100K2V250K200K1V4截图依次如下：2）观察惯性环节的阶跃响应曲线（比例系数K 惯性常数KUi C 输入R1 R0 计算值测量值计算值测量值0.2 1U 1 4V 200K 200K 0.4 2U 10.1100K2V21U50K0.24200K1V 截图依次如下：）观察积分环节的阶跃响应曲线（3 积分常数TiUi 输入C R0 计算值测量值1U200K 2U1U 1U100K 2U截图依次如下：）观察比例积分环节的阶跃响应曲线（比例系K积分常TiUiCR0R1输计算测量计算测量11U200K12U1V200K1U2100K22U截图依次如下：3.1.2二阶系统瞬态响应和稳定性一、实验目的型二阶闭环系统的传递函1.了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及I 数标准式。

型二阶闭环系统的结构参数——无阻尼振荡频率，阻尼比对过渡过程研究I2. 的影响。

的型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标MP,TP,TS3.掌握欠阻尼I 计算。

型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，观察和分析I4. MP,TP值，并与理论计算值做对比。

及在阶跃信号输入时的动态性能指标K，填入实验报告（1）计算和观察被测对象的临界阻尼的增计算Ti惯性常T增积分常0.110.20.30.20.1tp填入实验报告）画出阶跃响应曲线，测量超调量Mp，峰值时间（增惯积自阻尼超调M（％峰值时tpK常常频(A3)TTi计算计算测量计算测量A3)A2)计算0.12510.3截图如下：第一张为T=0.1时，Mp的计算；第二张为T=0.1时，tp 计算；第三张为T=0.3时，Mp的计算；第四张为T=0.3时，tp 计算。

控制系统仿真实验利用MATLAB进行时域频域分析实验一、实验目的：1. 掌握利用MATLAB进行简单数值计算的方法2. 学会利用MATLAB分析时间响应3. 学会利用MATLAB分析频率特性二、实验设备：安装有MATLAB6.1的微型计算机三、实验内容第一部分Matlab环境熟悉§1-1MATLAB的工作窗口一、命令窗口workspace 命令历史启动MATLAB之后，屏幕上自动出现命令窗口，它是MATLAB提供给用户的操作界面，用户可以在命令窗口内提示符“>>”之后键入MATLAB命令，回车即获得该命令的答案。

命令窗口中的File、Edit、View、Window、Help等菜单条与WINDOWS系统相同。

二、M文件编辑窗口M文件是MATLAB语言所特有的文件。

用户可以在M 文件编辑窗口内，编写一段程序，调试，运行并存盘，所保存的用户程序即是用户自己的M文件。

MATLAB工具箱中大量的应用程序也是以M文件的形式出现的，这些M文件可以打开来阅读，甚至修改，但应注意，不可改动工具箱中的M 文件！1．进入M文件窗口有两种方法命令窗口—File —New —M-File；命令窗口—点击“File”字样下面的图标。

M文件编辑窗口的标记是“Untitled”（无标题的）。

当用户编写的程序要存盘时应当自己命名。

若用户不自己命名，则MATLAB会对Untitled进行编号。

2．M文件的执行：返回命令窗口，在当前目录（Current Directory）内选择所要运行的M文件的目录，在命令窗口提示符“>>”后，直接键入文件名（不加后缀）即可运行。

注意：（1）机器默认路径为一级子目录MATLAB6p1\work；三、在线帮助窗口在命令窗口中键入Help(空格) 函数名，可以立即获得该函数的使用方法。

§1-2 MATLAB最基本的矩阵操作作为命令窗口及M文件编辑器的应用实例，介绍几个最基本的矩阵运算命令。