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自动控制原理实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过实际操作，加深对自动控制原理的理解，掌握PID控制器的调节方法，并验证PID控制器的性能。
二、实验原理。
PID控制器是一种常见的控制器，它由比例环节（P）、积分环节（I）和微分环节（D）三部分组成。
比例环节的作用是根据偏差的大小来调节控制量的大小；积分环节的作用是根据偏差的累积值来调节控制量的大小；微分环节的作用是根据偏差的变化率来调节控制量的大小。
PID控制器通过这三个环节的协同作用，可以实现对被控对象的精确控制。
三、实验装置。
本次实验所使用的实验装置包括PID控制器、被控对象、传感器、执行机构等。
四、实验步骤。
1. 将PID控制器与被控对象连接好，并接通电源。
2. 调节PID控制器的参数，使其逐渐接近理想状态。
3. 对被控对象施加不同的输入信号，观察PID控制器对输出信号的调节情况。
4. 根据实验结果，对PID控制器的参数进行调整，以达到最佳控制效果。
五、实验结果与分析。
经过实验，我们发现当PID控制器的比例系数较大时，控制效果会更为迅速，但会引起超调；当积分系数较大时，可以有效消除稳态误差，但会引起响应速度变慢；当微分系数较大时，可以有效抑制超调，但会引起控制系统的抖动。
因此，在实际应用中，需要根据被控对象的特性和控制要求，合理调节PID控制器的参数。
六、实验总结。
通过本次实验，我们深刻理解了PID控制器的工作原理和调节方法，加深了对自动控制原理的认识。
同时，我们也意识到在实际应用中，需要根据具体情况对PID控制器的参数进行调整，以实现最佳的控制效果。
七、实验心得。
本次实验不仅让我们在理论知识的基础上得到了实践锻炼，更重要的是让我们意识到掌握自动控制原理是非常重要的。
只有通过实际操作，我们才能更好地理解和掌握知识，提高自己的实际动手能力和解决问题的能力。
八、参考文献。
[1] 《自动控制原理》，XXX，XXX出版社，2010年。
[2] 《PID控制器调节方法》，XXX，XXX期刊，2008年。
北理工自动控制理论实验报告摘要：本实验主要研究和探索自动控制理论在北理工的应用。
通过实验验证控制系统在不同环境下的稳定与准确性，并针对实验结果进行分析和总结。
引言：自动控制理论是近年来快速发展的学科之一，广泛应用于工业自动化系统、航空航天、交通运输等领域。
在北理工学习自动控制理论的过程中，本实验通过搭建实验系统，验证了自动控制理论的实际应用。
实验目的：1.验证控制系统的稳定性；2.检测不同环境下控制系统的输出准确性；3.分析控制系统参数的优化方法。
实验原理：本实验使用PID控制器来实现对控制系统的控制。
PID控制器是一种常见且广泛应用的控制方式，具有简单且高效的优点。
PID控制器的原理是根据系统测量值与期望值的误差计算出一个综合的控制值，通过反馈作用对系统进行调整。
其中，P项（比例项）、I项（积分项）和D项（微分项）表示了系统的偏差、系统稳定性和系统响应速度。
实验装置：实验所需的装置包括一台控制系统、传感器和执行器。
控制系统通过传感器获取反馈信号，将其与期望值进行比较，并通过执行器调节控制系统的输出。
实验步骤：1.搭建实验系统，包括控制器、传感器和执行器；2.设定期望值，将期望值输入控制系统；3.设置控制器参数，并将其与控制系统连接；4.开始实验，记录系统的输出值；5.对实验结果进行分析和总结。
实验结果：实验中记录了不同环境下控制系统的输出值，并与期望值进行比较。
结果表明，控制系统在不同环境下都能保持稳定，且输出值与期望值的误差在可接受范围内。
通过分析实验结果，总结出了一些优化控制系统参数的方法，如调整P、I、D参数的比例，根据实际需求对系统进行调整等。
结论：本实验通过对自动控制理论的实际应用进行研究和探索，验证了控制系统在不同环境下的稳定性和准确性。
实验结果表明，自动控制理论在北理工的应用具有较高的实效性和可行性。
本实验的结果对进一步优化控制系统参数和提高系统稳定性具有一定的指导意义。
[1]张三.自动控制理论与应用[M].北京：XXXX。
自动控制原理实验报告实验目的，通过本次实验，掌握自动控制原理的基本概念和实验操作方法，加深对自动控制原理的理解和应用。
实验仪器与设备，本次实验所需仪器设备包括PID控制器、温度传感器、电磁阀、水槽、水泵等。
实验原理，PID控制器是一种广泛应用的自动控制设备，它通过对比设定值和实际值，根据比例、积分、微分三个控制参数对控制对象进行调节，以实现对控制对象的精确控制。
实验步骤：1. 将温度传感器插入水槽中，保证传感器与水温充分接触；2. 将水泵接通，使水槽内的水开始循环；3. 设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分时间、微分时间等；4. 通过调节PID控制器的参数，使得水槽中的水温稳定在设定的目标温度；5. 观察记录PID控制器的输出信号和水温的变化情况；6. 分析实验结果，总结PID控制器的控制特性。
实验结果与分析：经过实验操作，我们成功地将水槽中的水温控制在了设定的目标温度范围内。
在调节PID控制器参数的过程中，我们发现比例系数的调节对控制效果有着明显的影响，适当增大比例系数可以缩小温度偏差，但过大的比例系数也会导致控制系统的超调现象；积分时间的调节可以消除静差，但过大的积分时间会导致控制系统的超调和振荡；微分时间的调节可以抑制控制系统的振荡，但过大的微分时间也会使控制系统的响应变慢。
结论：通过本次实验，我们深入理解了PID控制器的工作原理和调节方法，掌握了自动控制原理的基本概念和实验操作方法。
我们通过实验操作和数据分析，加深了对自动控制原理的理解和应用。
总结：自动控制原理是现代控制工程中的重要内容，PID控制器作为一种经典的控制方法，具有广泛的应用前景。
通过本次实验，我们不仅学习了自动控制原理的基本知识，还掌握了PID控制器的调节方法和控制特性。
这对我们今后的学习和工作都具有重要的意义。
本科实验报告实验名称：控制理论基础实验实验时间：课程名称：控制理论基础任课教师：实验地点：实验教师：实验类型：□原理验证□综合设计学生姓名：□自主创新组号：学号/班级：学院：同组搭档：专业：成绩：实验1控制系统的模型建立一、实验目的1、掌握利用MATLAB建立控制系统模型的方法。
2、掌握系统的各种模型表述及相互之间的转换关系。
3、学习和掌握系统模型连接的等效变换。
二、实验原理1、系统模型的MATLAB描述系统的模型描述了系统的输入、输出变量以及内部各变量之间的关系，表征一个系统的模型有很多种，如微分方程、传递函数模型、状态空间模型等。
这里主要介绍系统传递函数（TF）模型、零极点增益（ZPK）模型和状态空间（SS）模型的MATLAB描述方法。
1）传递函数（TF）模型传递函数是描述线性定常系统输入-输出关系的一种最常用的数学模型，其表达式一般为在MATLAB中，直接使用分子分母多项式的行向量表示系统，即num=[bm,bm-1,…b1,b0]den=[an,an-1,…a1,a0]调用tf函数可以建立传递函数TF对象模型，调用格式如下：Gtf=tf(num,den)Tfdata函数可以从TF对象模型中提取分子分母多项式，调用格式如下：[num,den]=tfdata(Gtf)返回cell类型的分子分母多项式系数[num,den]=tfdata(Gtf,'v')返回向量形式的分子分母多项式系数2）零极点增益（ZPK）模型传递函数因式分解后可以写成式中,z1,z2,…,z m称为传递函数的零点，p1,p2,…,p n称为传递函数的极点，k为传递系数（系统增益）。
在MATLAB中，直接用[z,p,k]矢量组表示系统，其中z，p，k分别表示系统的零极点及其增益，即：z=[z1,z2,…,zm];p=[p1,p2,…,pn];k=[k];调用zpk函数可以创建ZPK对象模型，调用格式如下：Gzpk=zpk(z,p,k)同样，MATLAB提供了zpkdata命令用来提取系统的零极点及其增益，调用格式如下：[z,p,k]=zpkdata(Gzpk)返回cell类型的零极点及增益[z,p,k]=zpkdata(Gzpk,’v’)返回向量形式的零极点及增益函数pzmap可用于求取系统的零极点或绘制系统得零极点图，调用格式如下：pzmap(G)在复平面内绘出系统模型的零极点图。
自动控制理论实验报告（一）班级:姓名:学号:一、实验目的1、了解和掌握各典型环节以及二阶系统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。
3、研究I型二阶闭环系统的结构参数——无阻尼振荡频率和阻尼比对过渡过程的影响。
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、值，并与理论计算值作对比。
二、实验内容1、比例环节的模拟电路比例环节的模拟电路：比例环节的阶跃响应曲线：2、惯性环节的模拟电路惯性环节的模拟电路：惯性环节的阶跃响应曲线：3、积分环节的模拟电路积分环节的模拟电路：积分环节的阶跃响应曲线：4、比例积分环节的模拟电路比例积分环节的模拟电路：比例积分环节的阶跃响应曲线：5、比例微分环节的模拟电路比例微分环节的模拟电路：比例微分环节的阶跃响应曲线：6、比例积分微分环节的模拟电路比例积分微分环节的模拟电路：比例积分微分环节的阶跃响应曲线：以下实验内容均在典型I 型二阶单位反馈闭环系统下进行。
该系统结构框图如图：该系统模拟电路如图：该二阶系统由积分环节和惯性环节构成，其积分时间常数为：111i T R C s=⨯=可变电阻惯性时间常数为：220.1T R C s=⨯=故，该系统的开环传递函数为：()(0.11)KG s s s =+其中，2100R K R R== 所以，该系统的闭环传递函数为：2()10()1()1010G s K s G s s s K φ==+++故，自然频率为：n ω=阻尼比为：ξ=7、4R k =Ω时的欠阻尼响应为实现欠阻尼响应，须有：01ξ<<，首先，电路参数选为：4R k =Ω。
此时， 增益：25K =； 传递函数：2()250()1()10250G s s G s s s φ==+++；自然频率：15.81n ω=；阻尼比：0.316ξ==。
自动控制原理实验实训报告 .docx【导言】自动控制原理实验实训是控制科学与工程专业的必修课程，是学生进行理论学习与实践操作结合的一个重要环节。
本次实训学习了控制系统的基本概念、控制器的类型以及控制系统的建模和分析方法，并通过实现传感器数据采集、信号控制和反馈调节等操作，掌握了控制系统的工作原理和实现方式。
本报告将对本次实训中的实验操作、实验结果和实验体会进行详细记录和总结。
【实验操作】1.传感器场景仿真实验本实验通过MATLAB仿真软件，实现了对不同场景下传感器采集数据的比较分析。
实验过程中需要设置不同的传感器样本数据和处理方式，并利用MATLAB的数据处理工具对数据进行处理分析，从而得出传感器对于不同场景下数据采集的适用性和准确性。
2.直流电动机速度调节实验本实验通过实现电动机的速度控制，实现对电动机的运行状态的控制调节。
实验需要完成对AC220V电源、TG-01速度控制器以及直流电动机的连接和调试，并通过电动机的运行状态和速度，实现对控制器的参数设置和调节操作。
4.磁悬浮控制实验本实验实现了对磁悬浮平台的控制和调节，并通过数据反馈实现了对磁悬浮平台的稳定运行。
通过对控制器的参数调节和磁悬浮平台的反馈数据分析，加深了对磁悬浮控制原理的理解和掌握程度。
本次实验操作中，通过对控制器的操作和数据反馈的分析，加深了对自动控制的认识和掌握程度，提高了对控制系统的工作原理和实现方式的理解。
同时，实验操作中也存在一些问题和不足，例如实验操作过程的不稳定性和实验数据分析的不准确性等问题。
需要在今后的学习和实践中，加强对理论知识和实验操作技能的学习和掌握，提高实验操作的准确性和稳定性，从而更好地掌握自动控制原理的知识和技能。
《自动控制原理》实验报告姓名：学号：班级：11电气1班专业：电气工程及其自动化学院：电气与信息工程学院2013年12月目录实验一、典型环节的模拟研究实验二、二阶系统的阶跃响应分析实验三、线性系统的稳态误差分析实验四、线性系统的频率响应分析实验一典型环节的模拟研究1.1 实验目的1、熟悉并掌握TD-ACS设备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曲线和实际阶跃响应曲线。
3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
1.2 实验设备PC机一台，TD-ACS实验系统一套。
1.3 实验原理及内容下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。
1. 比例环节(P)(1) 方框图：如图1.1-1 所示。
图1.1-1(2) 传递函数：Uo(S)/Ui(S)=K(3) 阶跃响应：Uo(t)=K(t≥0)其中K=R1/R0(4) 模拟电路图：图1.1-2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．积分环节(I)(1) 方框图：如右图1.1-3 所示。
图1.1-3(2) 传递函数：错误!未找到引用源。
(3) 阶跃响应：Uo(t) = 错误!未找到引用源。
(t 0) 其中T=R0C(4) 模拟电路图：如图1.1-4 所示。
图1.1-4(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0 = 200K；C = 1uF。
3．比例积分环节(PI)(1)方框图：如图1.1-5 所示。
图1.1-5(2) 传递函数：错误!未找到引用源。
(3)阶跃响应：Uo(t)=K+t/T(t) (t 0) 其中K=Ri/Ro; T=RoC(4) 模拟电路图：见图1.1-6图1.1-6(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0 = R1 = 200K；C = 1uF。
自动控制原理实验报告实验目的本次自动控制原理实验的目的是通过对传统反馈控制系统的模拟和实现，了解并掌握基本的控制原理和控制器设计方法，进一步深化对自动控制理论的理解。
实验装置本次实验使用的是一台水位控制系统，该系统由电源、电机、计量储水罐、信号检测器、PID控制器、水泵等组成。
电源将电能转换为机械能，通过水泵将水流入到计量储水罐中，信号检测器对储水罐中的水位进行检测并反馈给PID控制器，PID控制器对信号进行处理并控制电机的转速，从而实现对水位的控制。
实验步骤1. 确定实验参数在进行实验之前，首先需要确定实验的一些参数，如PID控制器的比例系数、积分系数以及微分系数等。
这需要根据具体实验情况进行设定，以确保控制系统具有良好的稳定性和响应能力。
2. 实施控制将水泵开启，令水流入计量储水罐中，同时PID控制器对信号进行处理，调节电机的转速以控制水位。
实验过程中需要注意及时进行系统动态的监控和调整，以确保控制系统的稳定性和故障排除。
3. 结束实验并分析结果实验结束后，需要对实验结果进行分析，包括控制系统的响应速度、稳定性以及对参数的灵敏度等。
通过对实验数据的收集和分析，可以进一步提高对自动控制理论的理解和应用能力。
实验结果分析本次实验中，我们实现了对水位的控制，并对PID控制器的参数进行了设定和调整。
实验结果表明，我们所设计的控制系统具有较好的稳定性和响应能力，并且对参数的灵敏度较高。
同时，通过实验数据的分析，我们也发现了一些问题和不足之处，如控制系统的动态响应速度过慢等，这需要我们在实际应用中加以改进和完善。
结论本次自动控制原理实验通过实现对水位的控制，进一步加深了对自动控制理论的理解，掌握了基本的控制原理和控制器设计方法。
同时，通过实验数据的分析和总结，也为今后在自动控制领域的实际应用提供了一定的参考和指导。
实验3 根轨迹分析一、实验目的1. 学习和掌握利用MATLAB 绘制根轨迹图的方法。
2. 学习和掌握利用系统根轨迹图分析系统的性能。
二、实验原理1. 根轨迹分析的 MATLAB 实现根轨迹是指系统某一参数变化时，闭环特征根在s 平面上运动的轨迹。
在MATLAB 中，提供了用于根轨迹分析的专门函数。
1）rlocus 函数该函数的使用方法如下：rlocus(sys) 绘制单输入单输出LTI 系统的根轨迹图。
rlocus(sys,k) 使用用户指定的根轨迹增益k 来绘制系统的根轨迹图。
[r,k] = rlocus(sys) 返回根轨迹增益值和闭环极点值，不绘制根轨迹图 2）rlocfind 函数该函数的使用方法如下：[k,poles]=rlocfind(sys) 计算鼠标选取点处的根轨迹增益值和闭环极点值，可在图形窗口根轨迹图中显示出十字光标，当用户选择其中一点时，相应的增益值和极点值记录在k 和poles 中。
[k,poles]=rlocfind(sys,p) 计算最靠近给定闭环极点p 处的根轨迹增益。
3）sgrid 函数该函数的使用方法如下：sgrid 可在连续系统根轨迹或零极点图上绘制出栅格线，栅格线由等阻尼系数和等自然频率线构成。
sgrid(’new’) 先清除当前的图形，然后绘制出栅格线，并将坐标轴属性设置成hold on 。
sgrid(z,Wn) 指定阻尼系数z 和自然频率Wn 。
sgrid(z,Wn,’new’) 指定阻尼系数z 和自然频率Wn ，在绘制栅格线之前清除当前的图形并将坐标轴属性设置成hold on 。
三、实验内容1. 已知系统开环传递函数为(s 5)(s)(s 1)(s 3)(s 12)K G +=+++（1）使用MATLAB 绘制系统的根轨迹图。
（2）求根轨迹的两条分支离开实轴时的K 值，并确定该K 值对应的所有闭环极点。
（3）以区间[-40，-5]之间的值替代s = −12处的极点，重新绘制根轨迹图，观察其对根轨迹图的影响。
自动控制原理实验报告摘要：本实验通过对自动控制原理的研究与实践，旨在深入了解自动控制系统的基本原理，以及相关的实验应用。
通过实验的设计与实施，我们在实践中学习了控制系统的结构、传递函数、稳定性、稳态误差等内容，并通过使用PID控制器对物理实验系统进行控制，从而对自动控制系统有了更加深入的理解。
引言：自动控制原理是现代工程控制领域的基础理论之一，在工业、交通、通信等领域都有广泛的应用。
自动控制原理实验是培养学生工程实践能力和动手能力的重要实践环节。
本实验通过对自动控制原理相关实验的设计与实践，让我们深入了解了自动控制系统的基本原理，并通过实际操作对理论知识进行了实际应用。
实验目的：1. 了解自动控制系统的基本结构和原理；2. 学习如何建立传递函数，并分析系统的稳定性；3. 熟悉PID控制器的参数调节方法；4. 掌握如何利用PID控制器对物理实验系统进行控制。
实验原理与方法：1. 实验装置搭建：我们搭建了一个简单的电路系统，包括输入信号源、控制器、执行器和输出传感器。
通过控制器对执行器的控制，实现对输出信号的调节。
2. 传递函数建立：使用系统辨识方法，通过对输入和输出信号的采集，建立系统的传递函数。
经过数据处理和分析，得到系统的传递函数表达式。
3. 稳定性分析：对系统的传递函数进行稳定性分析，包括零极点分析和Nyquist稳定性判据。
根据分析结果，判断系统的稳定性。
4. PID参数调节：根据传递函数和系统要求，使用PID控制器对系统进行调节。
根据实际情况进行参数调节，使得系统的响应达到要求。
实验结果与讨论：我们通过以上方法，成功地建立了控制系统的传递函数，并进行了稳定性分析。
通过对PID控制器参数的调节，使系统的稳态误差达到了要求。
通过实验，我们深刻理解了自动控制系统的基本原理，并学会了如何应用具体方法进行实际操作。
实验结论：通过自动控制原理的实验研究，我们对控制系统的基本原理有了更加深入的了解。
实践中，我们通过搭建实验装置、建立传递函数、进行稳定性分析和PID参数调节等实验操作，使得理论知识得到了更加全面的应用和巩固。
控制理论基础实验1.控制系统的模型建立2.控制系统的暂态特性分析3.根轨迹分析4.系统的频率特性分析一、实验目的实验一1．掌握利用MATLAB建立控制系统模型的方法。
2．掌握系统的各种模型表述及相互之间的转换关系。
3．学习和掌握系统模型连接的等效变化。
实验二1．学习和掌握利用MATLAB进行系统时域响应求解和仿真的方法。
2．考察二阶系统的时间响应，研究二阶系统参数对系统暂态特性的影响。
实验三1．学习和掌握利用MATLAB绘制根轨迹图的方法2．学习和掌握利用系统根轨迹图分析系统的性能。
实验四1．学习和掌握利用MATLAB绘制系统Nyquist图和Bode图的方法。
2．学习和掌握利用系统的频率特性分析系统的性能。
二、实验原理1）传递函数模型（TF）gtf=tf(num,den)2）零极点增益模型（ZPK）Gzpk=zpk(z,p,k)3）状态空间模型（SS）Gss=ss(a,b,c,d)4）三种模型之间的转换TF→ZPK:z pk(sys)TF→SS:ss(sys)ZPK→TF:t f(sys)ZPK→SS:s s(sys)SS→TF:tf(sys)SS→ZPK:z pk(sys)5）绘制系统零极点图Pzmap(gzpk);Grid on;6）系统模型的串联G(s)=G1(s)*G2(s)7）系统模型的并联G(s)=G1(s)+G2(s)8）系统模型的反馈连接T=feedback(G,H)T=feedback(G,H,sign)9）绘制阶跃响应step(sys)step(sys,T)10）线性时不变系统仿真工具ltiview11）绘制系统根轨迹图rlocus(sys)rlocus(sys,k)[r,k]=rlocus(sys)12）计算鼠标选择点处根轨迹增益值和闭环极点值[k,poles]=rlocfind(sys)13）在连续系统根轨迹或零极点图上绘制出栅格线sgrid(‘new’)sgrid(z,Wn)14）绘制系统的Nyquist图nyquist(SYS)nyquist(sys,w)15）绘制系统的Bode图bode(sys)bode(sys,w)16）从频率响应数据中计算幅度裕度，相位裕度及对应角频率margin(sys)[mag,phase]=bode(sys,w)三、实验结果实验一1）零极点图2）零极点图3）总串联函数Transfer function:10 s^6 + 170 s^5 + 1065 s^4 + 3150 s^3 + 4580 s^2 + 2980 s + 525---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- s^9 + 24 s^8 + 226 s^7 + 1084 s^6 + 2905 s^5 + 4516 s^4 + 4044 s^3 + 1936 s^2 + 384 s 4）闭环传递函数Transfer function:2.25 s^2 + 7.5 s + 6-------------------------------------------------------0.25 s^4 + 1.25 s^3 + 2 s^2 + 5.5 s + 65）闭环传递函数Transfer function:20 s^3 + 160 s^2 + 400 s + 320-------------------------------------------------------------------------s^6 + 10 s^5 + 35 s^4 + 44 s^3 + 82 s^2 + 116 s - 48%1num=[2 18 40]; den=[1 5 8 6]; gtf=tf(num,den) gzpk=zpk(gtf) gss=ss(gtf) pzmap(gzpk);grid on%2a=[0 1 0 00 0 1 00 0 0 1-1 -2 -3 -4];b=[0 0 0 0]’;c=[10 2 0 0];d=0;gss=ss(a,b,c,d); gtf=tf(gss); gzpk=zpk(gss); pzmap(gzpk)grid on%3g1a=[2 6 5]; g1b=[1 4 5 2];g2a=[1 4 1];g2b=[1 9 8 0];g3z=[-3 -7];g3p=[-1 -4 -6];g3k=5;g1tf=tf(g1a,g1b);g2tf=tf(g2a,g2b);g3zpk=zpk(g3z,g3p,g3k);g3tf=tf(g3zpk);g=g1tf*g2tf*g3tf%4g1=tf([1],[1 1]);g2=tf(1,[0.5 1]);g3=g2;g4=tf(3,[1 0]);g=feedback((g1+g2)*g4,g3)%5g1=tf(10,[1 1]);g2=tf(2,[1 1 0]);g3=tf([1 3],[1 2]);g4=tf([5 0],[1 6 8]);g=feedback(g1*(feedback(g2, g3,1)),g4)实验二12(1)t d=0.272 t r=0.371 t p=0.787 t s=1.19ϭ=9%(2)(3)(4)ξ变大，延迟时间，上升时间，峰值时间，调整时间均越来越长，超调量开始时减小，然后保持不变。
本科实验报告实验名称：控制理论基础实验课程名称：控制理论基础实验时间：任课教师：实验地点：实验教师：实验类型：□原理验证□综合设计□自主创新学生姓名：学号/班级：组号：学院：同组搭档：专业：成绩：实验1 控制系统的模型建立一、实验目的1、掌握利用MATLAB 建立控制系统模型的方法。
2、掌握系统的各种模型表述及相互之间的转换关系。
3、学习和掌握系统模型连接的等效变换。
二、实验原理1、系统模型的 MATLAB描述系统的模型描述了系统的输入、输出变量以及内部各变量之间的关系，表征一个系统的模型有很多种，如微分方程、传递函数模型、状态空间模型等。
这里主要介绍系统传递函数（TF）模型、零极点增益（ZPK）模型和状态空间（SS）模型的MATLAB 描述方法。
1）传递函数（TF）模型传递函数是描述线性定常系统输入-输出关系的一种最常用的数学模型，其表达式一般为在MATLAB 中，直接使用分子分母多项式的行向量表示系统，即num = [bm, bm-1, … b1, b0]；den = [an, an-1, … a1, a0]；调用tf 函数可以建立传递函数TF 对象模型，调用格式如下：Gtf = tf(num,den)；Tfdata 函数可以从TF 对象模型中提取分子分母多项式，调用格式如下：[num,den] = tfdata(Gtf) 返回cell 类型的分子分母多项式系数；[num,den] = tfdata(Gtf,'v') 返回向量形式的分子分母多项式系数；2）零极点增益（ZPK）模型传递函数因式分解后可以写成式中, z1 , z2, …,z m称为传递函数的零点， p1,p2,…,p n称为传递函数的极点，k 为传递系数（系统增益）。
在MATLAB 中，直接用[z,p,k]矢量组表示系统，其中z，p，k 分别表示系统的零极点及其增益，即：z=[z1,z2,…,zm];p=[p1,p2,…,pn];k=[k];调用zpk 函数可以创建ZPK 对象模型，调用格式如下：Gzpk = zpk(z,p,k)同样，MATLAB 提供了zpkdata 命令用来提取系统的零极点及其增益，调用格式如下：[z,p,k] = zpkdata(Gzpk) 返回cell 类型的零极点及增益；[z,p,k] = zpkdata(Gzpk,’v’) 返回向量形式的零极点及增益；函数pzmap 可用于求取系统的零极点或绘制系统得零极点图，调用格式如下：pzmap(G) 在复平面内绘出系统模型的零极点图。
软件工具在控制系统分析和综合中的应用实验MATLAB 班级：01811001学号：1120100209姓名：戚煜华一、试验目的：1．了解MATLAB这种强大的数学软件的基本特点和语言特点。
2．掌握控制系统在MATLAB中的描述。
3．学会用MATLAB的Control工具箱中提供的仿真函数，例如连续时间系统在阶跃输入激励下的仿真函数step（），脉冲激励下的仿真函数impulse（）等。
4掌握典型一阶、二阶系统中参数的变化对阶跃响应曲线的影响；5掌握使用MATLAB绘制控制系统的根轨迹图，并了解附加开环零、极点对闭环根轨迹的影响。
6．学会使用MATLAB绘制系统频率特性曲线—乃氏图和伯德图，并利用MATLAB 求出系统的稳定裕度。
7．掌握系统串联校正后，开环指标及时域响应指标的变化规律。
二、试验设备：一台装有MATLAB软件的电脑三、试验内容：1为例，令T=0.1，1，10，绘制其单位阶跃响应曲线，并?(Gs) 2．以传函1Ts?总结给出惯性时间常数对阶跃响应影响的结论。
时的单位阶跃响应曲线T=0.1T=1时的单位阶跃响应曲线T=10时的单位阶跃响应曲线结论：惯性时间常数T越大，上升时间、调节时间和延迟时间越长。
2?分，，，，为对象，令，n?s)=1=030.2．0.5以传函1G1.5(??n???nn22?2ss?分别绘制阶跃响应曲线，进行，，，别绘制阶跃响应曲线。
令101=0.1=0.7??n对二阶阶跃响应的影响分析。
、??n ：，=0=1??n时，分析：=1?n?，零阻尼，响应为无阻尼等幅振荡；=0??的增大，振荡幅值减小，响应速度变慢，超调量和，欠阻尼，随着0.5=0.2减小；?，临界阻尼，响应变慢，超调和振荡消失；=1?，过阻尼，系统没有超调，且过渡时间较长。
=1.5??以后，系统没有了超越大，振荡幅值越小，过渡时间越长；综上所述，>=1?对二阶系统的影响是改变系统的振荡幅值和过渡时调和振荡。
自动控制原理实验报告课程编号：ME3121023专业班级姓名学号实验时间：一、实验目的和要求：通过自动控制原理实验牢固地掌握《自动控制原理》课的基本分析方法和实验测试手段。
能应用运算放大器建立各种控制系统的数学模型，掌握系统校正的常用方法，掌握系统性能指标同系统结构和参数之间的基本关系。
通过大量实验，提高动手、动脑、理论结合实际的能力，提高从事数据采集与调试的能力，为构建系统打下坚实的基础。
二、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明自动控制实验系统一套计算机（已安装虚拟测量软件---LABACT）一台椎体连接线18根实验一线性典型环节实验（一）、实验目的：1、了解相似性原理的基本概念。
2、掌握用运算放大器构成各种常用的典型环节的方法。
3、掌握各类典型环节的输入和输出时域关系及相应传递函数的表达形式，熟悉各典型环节的参数（K、T）。
4、学会时域法测量典型环节参数的方法。
（二）、实验内容：1、用运算放大器构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节和比例积分微分环节。
2、在阶跃输入信号作用下，记录各环节的输出波形，写出输入输出之间的时域数学关系。
3、在运算放大器上实现各环节的参数变化。
（三）、实验要求：1、仔细阅读自动控制实验装置布局图和计算机虚拟测量软件的使用说明书。
2、做好预习，根据实验内容中的原理图及相应参数，写出其传递函数的表达式，并计算各典型环节的时域输出响应和相应参数（K、T）。
3、分别画出各典型环节的理论波形。
5、输入阶跃信号，测量各典型环节的输入和输出波形及相关参数。
（四）、实验原理：实验原理及实验设计：1．比例环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时域输出响应：2．惯性环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：3．积分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：时常数：时域输出响应：4．比例积分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：5．比例微分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：6．比例积分微分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：（五）、实验方法与步骤1、根据原理图构造实验电路。
自动控制原理实验报告实验报告：自动控制原理一、实验目的本次实验的目的是通过设计并搭建一个简单的自动控制系统，了解自动控制的基本原理和方法，并通过实际测试和数据分析来验证实验结果。
二、实验装置和仪器1. Arduino UNO开发板2.电机驱动模块3.直流电机4.旋转角度传感器5.杜邦线6.电源适配器三、实验原理四、实验步骤1. 将Arduino UNO开发板与电机驱动模块、旋转角度传感器和直流电机进行连接。
2. 编写Arduino代码，设置电机的控制逻辑和旋转角度的反馈机制。
3. 将编写好的代码上传至Arduino UNO开发板。
4.将电源适配器连接至系统，确保实验装置正常供电。
5.启动实验系统并观察电机的转动情况。
6.记录电机的转动角度和实际目标角度的差异，并进行数据分析。
五、实验结果和数据分析在实际操作中，我们设置了电机的目标转动角度为90度，待实验系统运行后，我们发现电机实际转动角度与目标角度存在一定的差异。
通过对数据的分析，我们发现该差异主要由以下几个方面导致：1.电机驱动模块的响应速度存在一定的延迟，导致电机在到达目标角度时出现一定的误差。
2.旋转角度传感器的精度有限，无法完全准确地测量电机的实际转动角度。
这也是导致实际转动角度与目标角度存在差异的一个重要原因。
3.电源适配器的稳定性对电机的转动精度也有一定的影响。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了自动控制的基本原理和方法，并通过实际测试和数据分析了解了自动控制系统的运行情况。
同时，我们也发现了实际系统与理论预期之间存在的一些差异，这些差异主要由电机驱动模块和旋转角度传感器等因素引起。
为了提高自动控制系统的精度，我们需要不断优化和改进这些因素，并进行相应的校准和调试。
实验的结果也提醒我们，在实际应用中，需要考虑各种因素的影响，以确保自动控制系统的可靠性和准确性。
控制理论基础实验班级：05611001学号：1120101327姓名：付予实验时间：周五下午 7、8节指导教师：范哲意实验一：控制系统的模型建立一、实验目的1. 掌握利用MATLAB 建立控制系统模型的方法。
2. 掌握系统的各种模型表述及相互之间的转换关系。
3. 学习和掌握系统模型连接的等效变换。
二、实验原理1. 系统模型的MATLAB描述1）传递函数（TF）模型2）零极点增益（ZPK）模型3）状态空间（SS）模型4）三种模型之间的转换2. 系统模型的连接在实际应用中，整个控制系统是由多个单一的模型组合而成，基本的组合方式有串联连接、并联连接和反馈连接。
三、实验内容1.已知控制系统的传递函数如下22s 18s 40G(s)3 2S 5s 8s 6试用MATLAB建立系统的传递函数模型、零极点增益模型及系统的状态空间方程模型, 并绘制系统零极点图。
实验代码：>> num=[2,18,40];>> den=[1,5,8,6];>> gtf=tf(num,den)>> gzpk=zpk(gtf)实验结果：传递函数模型：gtf =2 s A2 + 18 s + 40s A3 + 5 sA2 + 8 s + 6零极点增益模型：gzpk =2 (s+5) (s+4)(s+3) (sA2 + 2s + 2)状态空间方程模型：gss = >> gss=ss(gtf)>> pzmap(gzpk)>> grid ona =x1x2x3 x1-5-2 1.5x2400x3010b =u1x14x20x3c =x1x2x3 y10.5 1.125 2.5u1=y1 0零极点图形：Pole-Zero Ntato2•已知控制系统的状态空间方程如下0 10 0 0 0 0 10 0 xx u0 0 0 1 0-1 -2 -3 -4 1y 10 2 0 0x试用MATLAB 建立系统的传递函数模型、零极点增益模型及系统的状态空间方程模型,并绘制系统零极点图。
本科实验报告实验名称：控制理论基础实验课程名称：控制理论基础实验时间：任课教师：实验地点：实验教师：实验类型：□原理验证□综合设计□自主创新学生姓名：学号/班级：组号：学院：同组搭档：专业：成绩：实验1 控制系统的模型建立一、实验目的1、掌握利用MATLAB 建立控制系统模型的方法。
2、掌握系统的各种模型表述及相互之间的转换关系。
3、学习和掌握系统模型连接的等效变换。
二、实验原理1、系统模型的MATLAB描述系统的模型描述了系统的输入、输出变量以及内部各变量之间的关系，表征一个系统的模型有很多种，如微分方程、传递函数模型、状态空间模型等。
这里主要介绍系统传递函数（TF）模型、零极点增益（ZPK）模型和状态空间（SS）模型的MATLAB 描述方法。
1）传递函数（TF）模型传递函数是描述线性定常系统输入-输出关系的一种最常用的数学模型，其表达式一般为在MATLAB 中，直接使用分子分母多项式的行向量表示系统，即num = [bm, bm-1, … b1, b0]den = [an, an-1, … a1, a0]调用tf 函数可以建立传递函数TF 对象模型，调用格式如下：Gtf = tf(num,den)Tfdata 函数可以从TF 对象模型中提取分子分母多项式，调用格式如下：[num,den] = tfdata(Gtf) 返回cell 类型的分子分母多项式系数[num,den] = tfdata(Gtf,'v') 返回向量形式的分子分母多项式系数2）零极点增益（ZPK）模型传递函数因式分解后可以写成式中, z1 , z2, …,z m称为传递函数的零点，p1,p2,…,p n称为传递函数的极点，k 为传递系数（系统增益）。
在MATLAB 中，直接用[z,p,k]矢量组表示系统，其中z，p，k 分别表示系统的零极点及其增益，即：z=[z1,z2,…,zm];p=[p1,p2,…,pn];k=[k];调用zpk 函数可以创建ZPK 对象模型，调用格式如下：Gzpk = zpk(z,p,k)同样，MATLAB 提供了zpkdata 命令用来提取系统的零极点及其增益，调用格式如下：[z,p,k] = zpkdata(Gzpk) 返回cell 类型的零极点及增益[z,p,k] = zpkdata (Gzpk,’v’) 返回向量形式的零极点及增益函数pzmap 可用于求取系统的零极点或绘制系统得零极点图，调用格式如下：pzmap(G) 在复平面内绘出系统模型的零极点图。
[p,z] = pzmap(G) 返回的系统零极点，不作图。
3）状态空间（SS）模型由状态变量描述的系统模型称为状态空间模型，由状态方程和输出方程组成：其中：x 为n 维状态向量；u 为r 维输入向量；y 为m 维输出向量；A 为n×n 方阵，称为系统矩阵；B 为n×r 矩阵，称为输入矩阵或控制矩阵；C 为m×n 矩阵，称为输出矩阵；D为m×r 矩阵，称为直接传输矩阵。
在MATLAB 中，直接用矩阵组[A,B,C,D]表示系统，调用ss 函数可以创建ZPK 对象模型，调用格式如下：Gss = ss(A,B,C,D)同样，MATLAB 提供了ssdata 命令用来提取系统的A、B、C、D 矩阵，调用格式如下：[A,B,C,D] = ssdata (Gss) 返回系统模型的A、B、C、D 矩阵4）三种模型之间的转换上述三种模型之间可以互相转换，MATLAB 实现方法如下TF 模型→ZPK 模型：zpk(SYS)或tf2zp(num,den)TF 模型→SS 模型：ss(SYS)或tf2ss(num,den)ZPK 模型→TF 模型：tf(SYS)或zp2tf(z,p,k)ZPK 模型→SS 模型：ss(SYS)或zp2ss(z,p,k)SS 模型→TF 模型：tf(SYS)或ss2tf(A,B,C,D)SS 模型→ZPK 模型：zpk(SYS)或ss2zp(A,B,C,D)2、系统模型的连接在实际应用中，整个控制系统是由多个单一的模型组合而成，基本的组合方式有串联连接、并联连接和反馈连接。
下图分别为串联连接、并联连接和反馈连接的结构框图和等效总传递函数。
在MATLAB 中可以直接使用“*”运算符实现串联连接，使用“＋”运算符实现并联连接。
反馈系统传递函数求解可以通过命令feedback 实现，调用格式如下：T = feedback(G,H)T = feedback(G,H,sign)其中，G 为前向传递函数，H 为反馈传递函数；当sign = +1 时，GH 为正反馈系统传递函数；当sign = -1 时，GH 为负反馈系统传递函数；默认值是负反馈系统。
三、实验内容1、已知控制系统的传递函数如下试用MATLAB 建立系统的传递函数模型、零极点增益模型及系统的状态空间方程模型，并绘制系统零极点图。
实验代码：num=[2 18 40];den=[1 5 8 6];Gtf=tf(num,den)Gzpk=zpk(Gtf)Gss=ss(Gtf)pzmap(Gzpk);grid on;实验结果：（1）首先建立系统的传递函数模型描述，上述程序的运行结果为：Gtf =2 s^2 + 18 s + 40---------------------s^3 + 5 s^2 + 8 s + 6（2）零极点增益模型为：Gzpk =2 (s+5) (s+4)--------------------(s+3) (s^2 + 2s + 2)系统零极点图为：-5-4.5-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.5Pole-Zero MapReal Axis (seconds -1)I m a g i n a r y A x i s (s e c o n d s -1)（3）状态空间方程模型： Gss = a =x1 x2 x3 x1 -5 -2 -1.5 x2 4 0 0 x3 0 1 0 b = u1 x1 4 x2 0 x3 0 c =x1 x2 x3 y1 0.5 1.125 2.5u1y1 02、已知控制系统的状态空间方程如下试用MATLAB 建立系统的传递函数模型、零极点增益模型及系统的状态空间方程模型，并绘制系统零极点图。
实验代码：a=[0 1 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1;-1 -2 -3 -4];b=[0;0;0;1];c=[10 2 0 0];d=[0];Gss=ss(a,b,c,d)Gtf=tf(Gss)Gzpk=(Gss)pzmap(Gzpk);grid on;实验结果：（1）系统矩阵a =x1 x2 x3 x4x1 0 1 0 0x2 0 0 1 0x3 0 0 0 1x4 -1 -2 -3 -4b =u1x1 0x2 0x3 0x4 1c =x1 x2 x3 x4 y1 10 2 0 0d =u1y1 02）再创建ZPK对象模型：Gzpk =a =x1 x2 x3 x4 x1 0 1 0 0x2 0 0 1 0x3 0 0 0 1x4 -1 -2 -3 -4b =u1x1 0x2 0x3 0x4 1c =x1 x2 x3 x4 y1 10 2 0 0d =u1y1 0（3）传递函数：Gtf =2 s + 10-----------------------------s^4 + 4 s^3 + 3 s^2 + 2 s + 1 （4）零极点图：Pole-Zero MapReal Axis (seconds -1)I m a g i n a r y A x i s (s e c o n d s -1)3、已知三个系统的传递函数分别为试用MATLAB 求上述三个系统串联后的总传递函数。
实验代码：num1=[2 6 5]; den1=[1 4 5 2]; G1=tf(num1,den1)num2=[1 4 1];den2=[1 9 8 0];G2=tf(num2,den2)z=[-3 -7];p=[-1 -4 -6];k=[5];G3=zpk(z,p,k)G=G1*G2*G3实验结果：G1 =2 s^2 + 6 s + 5---------------------s^3 + 4 s^2 + 5 s + 2G2 =s^2 + 4 s + 1-----------------s^3 + 9 s^2 + 8 sG3 =5 (s+3) (s+7)-----------------(s+1) (s+4) (s+6)G =10 (s+3.732) (s+3) (s+7) (s+0.2679) (s^2 + 3s + 2.5) ----------------------------------------------------s (s+8) (s+6) (s+4) (s+2) (s+1)^44、已知如图E2-1 所示的系统框图试用MATLAB 求该系统的闭环传递函数。
实验代码：num1=[1];den1=[1 1];G1=tf(num1,den1);num2=[1];den2=[0.5 1];G2=tf(num2,den2);num3=[3];den3=[1 0];G3=tf(num3,den3);H=G2;G=(G1+G2)*G3;Gtf=feedback(G,H,-1)实验结果：Gtf =2.25 s^2 + 7.5 s + 6---------------------------------------0.25 s^4 + 1.25 s^3 + 2 s^2 + 5.5 s + 6 5、已知如图E2-2 所示的系统框图试用MATLAB 求该系统的闭环传递函数。
实验代码：num1=[10];den1=[1 1];G1=tf(num1,den1)num2=[2];den2=[1 1 0];G2=tf(num2,den2);num3=[1 3];den3=[1 2];H2=tf(num3,den3);num4=[5 0];den4=[1 6 8];H1=tf(num4,den4);G=G1*feedback(G2,H2,+1);Gtf=feedback(G,H1,-1)实验结果：Gtf =20 s^3 + 160 s^2 + 400 s + 320----------------------------------------------------s^6 + 10 s^5 + 35 s^4 + 44 s^3 + 82 s^2 + 116 s - 48 四、体会和建议本次实验比较基础，学习如何创建传递函数模型，并得到对应的零极点模型和状态空间方程。
