北航自动控制原理实验五-采样系统研究

成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院电子信息工程学院专业方向班级 100227学号 10021189学生姓名 XXX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2013.4.22 实验编号 3 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，观测并记录在不同时间常数T 时的阶跃响应曲线，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时的阶跃响应曲线，并测定其超调量σ％及过渡过程时间Ts 。

三、实验原理1.一阶系统实验原理系统传递函数为：()()()1C S Ks R S TS φ==+模拟运算电路如图所示：212R R Uo(s)K ==Ui(s)CSR +1Ts+1在实验中始终取R2=R1，则K=1，T=R2*C 取不同的时间常数T ，T=0.25s ，T=0.5s ，T=1s记录不同的时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录其过渡时间Ts （Ts=3T ）2.二阶系统实验原理 其传递函数为：222()()()(2)n n n C S S R S S S ωζωωΦ==++令1n ω=弧度/秒，二阶系统模拟线路下图所示：取R2*C1=1,R3*C2=1,则R4/R3=R4*C2=1/(2*ζ)及ζ=1/（2*R4*C2）理论值：3(0.05)s nt ζω≈∆=，%σ100%e =⨯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。

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。

自动控制原理实验报告实验名称：采样系统分析班级：自动化级班姓名：一、实验目的1．了解采样开关，零阶保持器的原理及过程；2．学会环采样系统特性分析；3．掌握学习用MA TLAB仿真软件实现采样系统分析方法。

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．MA TLABL 仿真软件。

三、实验内容一、对低频正弦信号进行采样（采样频率应为原信号的两倍以上），观察其输出波形，再加入零阶保持器，观察其输出波形。

仿真电路图如下：其中输入的连续波形图的信号为: c ω=2π×10=10π≈31.4 rad/sT S =0.03s ，即S ω=2π×3100≈209.4 rad/s> 2c ω 输出波形图如下：可见此时输入波形图并没有得到完全复现。

T S =0.3s ，即S ω=2π×310≈20.94 rad/s<2c ω 输入输出波形图如下：可见此时输出波形图完全与输入的不一样。

显然是由于不满足香农定理m ax 2ωω≥S ，由下图可以看出零阶保持器可以将每次瞬间的值保持到下一次采样瞬间。

实验波形如下：加入采样开关后的波形：二、设计一个二阶闭环连续系统，分别观察加入采样开关前后的阶跃响应，进行分析。

仿真电路图如下：令K=20，T=0.03时，输出波形如下：有采样器时输出的曲线已经不稳定了。

T=0.3时，输出波形如下：有采样器时输出的曲线极不稳定。

实验波形如下：加入采样开关后的波形：三、改变采样开关在系统内的位置，（输入端，输出端），重复上述内容。

仿真电路图如下：K=2 T=0.03输出波形如下：四、在二阶闭环采样系统输出端加入零阶保持器，重复上述内容仿真电路图如下：K=2 ；T=0.03.输出波形如下：实验波形图如下：五、实验总结一、采样定理即香农采样定理，其证明要使被采样后的离散信号X*(t)能不失真地恢复原有的连续信号X(t)，其充分条件为：m ax 2ωω≥S 式中S ω为采样的角频率，max ω为连续信号的最高角频率。

2011- 2012 学年 第二学期计算机控制实验报告班级 姓名392311 李 柏学院 学号高等工程3903· 24152012 年 6 月 12 日实验 1 模拟式小功率随动系统的实验调试一、实验目的1.熟悉反馈控制系统的结构和工作原理，进一步了解位置随动系统的特点。

2. 掌握判别闭环系统的反馈极性的方法。

3.了解开环放大倍数对稳定性的影响及对系统动态特性的影响，对静态误差的影响。

二、实验仪器XSJ-3 小功率直流随动系统学习机一台 DH1718 双路直流稳压电源一台 4 1/2 数字多用表一台三、 实验原理模拟式小功率随动系统结构如图 2-3 所示 调试步骤如下： 零位调整：为了保证精度，同时判断运放是否好用，在连接成闭环系统之前进行零位的调整。

首先，把三个运放负相端输入 电阻接地，并使其增益为 1（利用电阻调整） ，再利用运放上方的调零旋钮，使输出端输出为 0；然后将电位计两端接上±10V 电压后，用数字电压表测其电刷输出，旋转之，使其电刷输出为 0，并同时调整刻度盘零点于 0 点。

开环工作状态：断开反馈电为计，加入给定电压，使电压从小到大，当信号大时，电机转速高，信号反极性时，电机反转。

反馈极性判断。

首先判断测速机反馈极性。

在一级运放处加一电压（正或负） ，记住电机转向，然后断开输入，用手旋转电 机按同一转向转动，测量测速机输出电压，如与前电机所加电压极性相同，则可将该信号接入运放二的负端；否则应把测速 机输出极性倒置， 即把另一信号接入运放二的负相端。

其次判断位置反馈极性。

将回路接成开环状态， 给电机加入一正电压， 可使其转动，然后使电机回零，顺着电机刚才转动的方向转一小角度（不可转到非线性区） ，同时用数字电压表测电位计电 刷的输出电压，倘若其值为负，则表明此时是负反馈，否则，需把电位计两端±10V 接线头对调，以保证闭环系统是负反馈。

检验系统跟随情况：按图 2-2 连线，逐渐加大电压，察看输出角度是否也同时增加（绝对量值） ，如跟随则系统跟随情况良 好。

北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应实验目的：通过非线性环节对系统动态过程的响应实验，了解非线性环节对于系统动态过程的影响，掌握非线性环节对系统稳定性和动态响应的影响机制。

实验原理：在控制系统中，非线性环节是指系统主要由非线性元件组成的一种环节，如饱和环节、死区环节等。

非线性环节通常会引入系统的不稳定性和不良动态响应，使系统产生震荡、振荡或失去稳定等现象。

因此，对于非线性环节对系统动态过程的响应进行研究，可以帮助我们了解非线性环节对系统的影响及其调节方法。

实验装置：实验中使用的实验装置包括非线性环节调节台和数据采集系统。

非线性环节调节台中包含了饱和环节和死区环节两种非线性元件，可以通过改变其参数来调节非线性环节的作用程度。

数据采集系统用于实时采集和记录实验数据。

实验步骤：1.将非线性环节调节台连接至数据采集系统，保证信号传输的稳定性和准确性。

2.打开数据采集系统，并设置相应的实验参数，如采样频率和采样时间等。

3.首先进行饱和环节的实验。

调节饱和环节的幅值参数，并记录系统的响应曲线。

可以观察到，在饱和环节的作用下，系统响应出现了明显的振荡和周期变化。

4.然后进行死区环节的实验。

调节死区环节的参数，并记录系统的响应曲线。

可以观察到，在死区环节的作用下，系统响应出现了滞后和不连续等现象。

5.对比分析两种非线性环节的实验结果，总结非线性环节对系统动态过程的影响机制。

实验结果：通过实验得到的系统响应曲线可以明显观察到非线性环节对系统动态过程的影响。

在饱和环节的作用下，系统响应出现了周期性的振荡，而在死区环节的作用下，系统响应出现了滞后和不连续的现象。

实验总结：通过以上实验，我们可以得出以下结论：1.非线性环节对系统动态过程有显著的影响，会导致系统的稳定性下降和动态响应不理想。

2.饱和环节的作用会引起系统的振荡和周期变化，而死区环节的作用会引起系统的滞后和不连续。

3.针对非线性环节对系统的影响，可以采取相应的控制策略和调节方法，以提高系统的稳定性和动态响应。

自动控制原理实验报告一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、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三、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 时的响应曲线，测定过渡过程时间T s2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s四、实验原理及实验数据 一阶系统系统传递函数：由电路图可得，取则K=1， T 分别取：0.25, 0.5, 1T 0.25 0.501.00 R 2 0.25M Ω 0.5M Ω 1M Ω C1μ1μ1μT S 实测 0.7930 1.5160 3.1050 TS 理论 0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1图1.2图1.3误差计算与分析（1）当T=0.25时，误差==6.12%；（2）当T=0.5时，误差==1.32%；（3）当T=1时，误差==3.58%误差分析：由于T 决定响应参数，而,在实验中R 、C 的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上图1.1图1.2图1.3也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。

但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。

实验结果说明由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T 确定，T 越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。

二阶系统系统传递函数：令二阶系统模拟线路0.25 0.50 1.00 R 4210.5C 2111实测 45.8% 16.9% 0.6% 理论 44.5% 16.3% 0% T S 实测13.98605.48954.8480T S 理论 14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1图2.2图2.3注：T s 理论根据matlab 命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。

北航自控原理实验五采样系统研究
采样系统是指从被测系统采集信号、将其转换为数字信号、利用数字
信号进行信号处理和反馈等。

本次实验要求设计和实现一个采样系统，用
以采集模拟信号，进行数字采样、处理，最后发出控制信号，实施反馈控制。

本次实验使用的采样系统是由工控机、采样卡、示波器、模拟信号源、四路输出模拟量信号和调试软件组成。

工控机用于数据采集与处理，采样
卡用于连接工控机，完成对模拟电压的采样与数据处理；示波器可以用来
监视实验过程中模拟电压和调制调整量的变化；模拟信号源模拟和产生各
种信号，提供给采样系统进行实验；四路输出模拟量信号模块可以输出四
种不同的信号，用于实验测试。

实验步骤：
一、查看实验目的，了解实验中用到的仪器状态
二、设置采样条件，检查模拟源输出的信号
三、用示波器检查采样系统和信号源的连接情况
四、使用调试软件，进行采样，编写采样程序
五、实验验证，随机改变被控对象，检查采样系统反馈控制的效果
六、实验报告，书写实验详细过程，以及采样系统的参数和调试软件的运行结果。

浙江大学控制系自动控制原理近年考研题分章集锦（五）（第六章:采样控制系统部分）2003年六、（10分/100分）今有一离散系统如下图示，采样周期T=1秒，求使系统稳定的K 值变化范围。

2003年第六题示意图解：11)1()(+−=−s s e K s G TS−−−⋅−= +Ζ⋅−=+−Ζ=Ζ=−−−−−−11111111)1()1(1)1()11)1(())(()(z e zz K s s z K s s e K s G z G T TS若T ＝1s ，则：368.0632.0)1()11()(111−=−−=−−−=−−−z Kez e K e z z K z G 令特征方程：0632.0368.0)(1=+−=+=∆K z z G解之：；因为 当K z 632.0368.0−=1<z 时，系统稳定求解出：当165.21<<−K 时系统稳定，也即165.20<<K 时系统稳定。

若：T ＝2s ，则：135.0865.0)1()11()(222−=−−=−−−=−−−z Ke z e K e z z K z G 令特征方程：0865.0135.0)(1=+−=+=∆K z z G 解之：K z 865.0135.0−=；因为 当1<z 时，系统稳定求解出 当时系统稳定，也即0368.11<<−K 368.1<<K 时系统稳定。

八、（10分/100分）用z 变换法求解如下差分方程，并求其终值x (∞)。

x (t +2T)–x (t +T)-2 x (t )= 0， 设x (0) =0, x (T)=1 解：（1）（6分）据z 变换的超前定理，对差分方程两边取z 变换0)(2)0()()1()0()(22=−−−−−z X zx z zX zx x z z X z代入初值条件： 0)(2)()(2=−−−z X z zX z z X z )1)(2(2)(2+−=−−=z z zz z z z X 下面可用多种方法（留数法、部分分式法以及长除法）求解。

采样控制系统的校正实验报告心得
实验心得:
通过本次实验，我们学习了如何搭建二阶和三阶等典型体统，并观测了其动态性能和稳定性，并进行了简单的分析。

由于实验仪器的限制，我们并不能检测到具体的实验数据，仅能获取相关的波形，但是根据相关的滑变参数的改变，也可以看到波形的变化。

第二个实验对系统的频率特性进行了测量，也是获得了相关的图形。

通过本次关于典型环节的频率特性测量的实验，可以发现关于典型环节系频率的一些特殊特点。

自己动手调节实验台上面的电阻发现还是存在着一些调节技巧。

实验过程中，我们遇到了很多问题，如线路的连接的问题，波形问题，输出问题等等。

这就要求我们需要更加仔细阅读实验材料，认真的做好试验中的每一步，对实验目的和内容更有深刻的认识和熟悉，能够发现问题并能迅速解决问题，在不断的解决问题的过程中逐步提升自己的实践能力以及对知识的熟悉掌握程度。