自控原理课程实验报告

一、实训目的

本次实训旨在通过实际操作和实验，加深对自动控制原理的理解，掌握控制系统分析和设计的基本方法，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。通过实训，使学生能够：

1. 理解自动控制系统的基本组成和原理；

2. 掌握典型控制系统的时域响应和频域响应分析方法；

3. 学会使用实验设备进行控制系统实验，并能够分析实验结果；

4. 培养团队协作和沟通能力。

二、实训仪器与设备

1. 自动控制原理实验台；

2. 信号发生器；

3. 数据采集器；

4. 计算机；

5. 控制系统模拟软件。

三、实训内容

1. 控制系统结构分析

通过实验台搭建一个典型的控制系统，分析其结构，包括各个环节的功能和相互关系。

2. 时域响应实验

对搭建的控制系统进行阶跃响应实验，记录并分析系统的输出波形，计算超调量、上升时间、调节时间等性能指标。

3. 频域响应实验

对搭建的控制系统进行频率特性实验，记录并分析系统的幅频特性、相频特性，绘制Bode图。

4. 控制系统设计 根据实验结果，对控制系统进行设计，包括PID参数整定、控制器设计等。

四、实验过程

1. 搭建控制系统

根据实验要求，搭建一个典型的控制系统，包括控制器、执行器、被控对象等环节。

2. 进行阶跃响应实验

使用信号发生器产生阶跃信号，输入到控制系统中，记录输出波形，并计算超调量、上升时间、调节时间等性能指标。

3. 进行频率特性实验

使用信号发生器产生不同频率的正弦信号，输入到控制系统中，记录输出波形，并绘制Bode图。

4. 控制系统设计

根据实验结果，对控制系统进行设计，包括PID参数整定、控制器设计等。

五、实验结果与分析

1. 阶跃响应实验

通过阶跃响应实验，可以分析系统的稳定性和动态性能。例如，超调量反映了系统的振荡程度，上升时间反映了系统的响应速度，调节时间反映了系统达到稳态所需的时间。

2. 频率特性实验

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资料

自控实验报告

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资料

目录

实验一 典型环节及其阶跃响应 ........................................ 1

一、实验目的 ....................................................... 1

二、实验仪器 ....................................................... 1

三、实验原理 ....................................................... 1

四、实验内容 ....................................................... 1

五、实验步骤 ....................................................... 2

六、实验结果 ....................................................... 3

七、实验分析 ....................................................... 6

实验二 二阶系统阶跃响应 ............................................ 7

一、实验目的 ....................................................... 7

二、实验仪器 ....................................................... 7

三、实验原理 ....................................................... 7

四、实验内容 ....................................................... 8

自动控制原理实验报告

学院：控制科学与工程学院

班级：自动化C095

姓名：薄俊杰 赵晓龙

学号：096312 096326

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一、 实验目的

用MATLAB进行线性系统时域分析，绘制根轨迹、系统的伯德图，计算系统的相角裕度和增益裕度，绘制系统的闭环频率特性并在此基础上对系统进行附加零、极点前后性能分析。

二、相关函数

(1)惯性环节的传递函数：11)(TssG T=0.2 0.5 1

(2)二阶系统的传递函数：

2222)(nnnsssG

 n=1 ζ=0.1 0.5 0.9 1.3

ζ=0.65 n=2 4 6 8 10 12

(3)连续系统的开环传递函数：32)152()()(2221ssssKsHsG

(4)系统的开环传递函数：)153()134()()(221sssssKsHsG

(5)二阶系统的传递函数：12.01)s(2ssG

(6)32152)s(22ssssG

(7)开环传递函数：14.01)(2sssG

(8)设有单位负反馈、Ι型系统的对数传递函数为：ssssGO455)(23

现在系统中附加一个零点和一个极点，其传递函数为：)95.4()2.1(94.5)(sssG

（9）有串联纯滞后环节系统的开环传递函数为：TsessG12)(

三、实验内容 - 2 - ⑴绘制时间常数T=0.2S,0.5S,1S时惯性环节的单位阶跃响应曲线族。

T=[0.2,0.5,1];

figure(1)

hold on

for T1=T

num=[0,1];

den=[T1,1];

step(num,den)

end

⑵二阶传递函数用时域分析模块中的函数分析无阻尼自然振荡角频率n、阻尼比ζ对系统暂态响应性能的影响

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。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。