北航自控实验三

自动控制原理实验报告实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试实验三控制系统串联校正实验四控制系统数字仿真：学号：单位：仪器科学与光电工程学院日期：2013年12月27日实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、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：系统传递函数为：模拟运算电路如图1- 1所示：图1- 1由图1-1得在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为：0.25、0.5、12．二阶系统:其传递函数为：令=1弧度/秒，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R2C1=1 ，R3C2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1四、实验步骤1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路；2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相；3. 检查线路正确后，模拟机可通电；4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。

5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。

6. 单击“确定”，进行实验。

完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。

五、实验设备HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块六、实验数据T 0.25 0.5 1R2 250K 500K 1MC 1μF 1μF 1μFTs理论0.75s 1.5s 3.0sTs实测0.763s 1.543s 3.072sTs误差 1.73% 2.87% 2.40%响应图形图1 图2 图3图2图3ζ0.25 0.5 1 R4 2M 1M 500K C2 1μF 1μF 1μF σ%理论33.08% 16.48% 0 σ%实测33.89% 16.79% 0 σ%误差 2.45% 1.88% 0 Ts理论8.643s 5.307s 4.724s Ts实测8.752s 5.398s 4.808s Ts误差 1.26% 1.71% 1.78% 响应曲线图4 图5 图6图5图6七、误差分析1. 电阻的标称值和实际值有误差。

成绩智能控制实验实验报告院（系）名称专业名称学生学号学生姓名2016年11月28日实验一机械臂运动控制及基本操作一、实验准备1、描述机械臂坐标空间的定义机械臂通常有两种坐标空间：关节坐标空间和直角坐标空间。

关节坐标空间定义：机械臂的空间坐标直接由各个关节的坐标来确定，所有关节变量构成一个关节矢量。

所有关节矢量构成的空间称为关节坐标空间。

因此关节坐标空间运动运动就是直接操作各个关节的运动来完成机械臂的运动。

下图是关节坐标空间的定义。

图1 机械臂关节坐标空间直角坐标空间定义：机械臂末端的位置和方位通常是在直角坐标空间中描述。

当进行机械臂操作任务时，通常采用直角坐标空间更为直观和方便。

下图是直角坐标空间的定义。

图2 机械臂直角坐标空间2、机械臂各轴的最大运动范围、最大运动速度、最大展开半径都是多少?并把最大运动范围各量换算为对应的脉冲数（写出转换公式）。

以上参数查看技术手册可得：最大运动范围：关节 1 0 -200 度关节 2 0 -100 度关节 3 0 -100 mm关节 4 0 -360 度最大运动速度：关节 1 1.57 rad/s关节 2 3.14 rad/s关节 3 10 mm /s关节 43.14 rad/s最大展开半径：396mm将最大运动范围各量换算为对应的脉冲数如下：增量式编码器为2500P/r，即电机每转一圈为2500个脉冲，GT400-SG运动控制卡有4倍频，故下发10000个脉冲电机转动一周。

脉冲数=关节转动角度*(编码器每转对应脉冲**4倍频)*减速器倍率/360 脉冲数=关节移动距离*(编码器每转对应脉冲**4倍频)*减速器倍率/导程1关节的谐波齿轮减速器比率为100:1;关节2的谐波齿轮减速器比率为99:1，关节3减速比为1.1175，关节4减速比为800。

关节1、关节2、关节4分别转动200、100、360度所对应的脉冲数为：Pulse1=200*10000*100/360=555555.56Pulse2=100*10000*99/360=275000Pulse4=360*10000*800/360=8000000关节3下移100mm对应的脉冲数为：Pulse3=100* 10000* 1.1175/2. 5=4470003、 为什么要进行机器人回零?如何通过机械臂标定框进行回零校正？对进行机械臂进行回零的原因：因为机器人测量关节的编码器是增量式而不是绝对式的，因此在每次调用程序时首先必须进行机器人回零。

北航ARM9实验报告：实验3uCOS-II实验北航 ARM9 实验报告：实验 3uCOSII 实验一、实验目的本次实验的主要目的是深入了解和掌握 uCOSII 实时操作系统在ARM9 平台上的移植和应用。

通过实际操作，熟悉 uCOSII 的任务管理、内存管理、中断处理等核心机制，提高对实时操作系统的理解和应用能力，为后续的嵌入式系统开发打下坚实的基础。

二、实验环境1、硬件环境：ARM9 开发板、PC 机。

2、软件环境：Keil MDK 集成开发环境、uCOSII 源代码。

三、实验原理uCOSII 是一个可裁剪、可剥夺型的多任务实时内核，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。

其基本原理包括任务管理、任务调度、时间管理、内存管理和中断管理等。

任务管理：uCOSII 中的任务是一个独立的执行流，每个任务都有自己的堆栈空间和任务控制块（TCB）。

任务可以处于就绪、运行、等待、挂起等状态。

任务调度：采用基于优先级的抢占式调度算法，始终让优先级最高的就绪任务运行。

时间管理：通过系统时钟节拍来实现任务的延时和定时功能。

内存管理：提供了简单的内存分区管理和内存块管理机制。

中断管理：支持中断嵌套，在中断服务程序中可以进行任务切换。

四、实验步骤1、建立工程在 Keil MDK 中创建一个新的工程，选择对应的 ARM9 芯片型号，并配置相关的编译选项。

2、导入 uCOSII 源代码将 uCOSII 的源代码导入到工程中，并对相关的文件进行配置，如设置任务堆栈大小、系统时钟节拍频率等。

3、编写任务函数根据实验要求，编写多个任务函数，每个任务实现不同的功能。

4、创建任务在主函数中使用 uCOSII 提供的 API 函数创建任务，并设置任务的优先级。

5、启动操作系统调用 uCOSII 的启动函数，使操作系统开始运行，进行任务调度。

6、调试与测试通过单步调试、查看变量值和输出信息等方式，对系统的运行情况进行调试和测试，确保任务的执行符合预期。

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。

北航计算机控制系统实验报告
计算机控制系统
实验报告
实验一模拟式小功率随动系统的实验调试
实验二A/D、D/A接口的使用和数据采集
实验三中断及采样周期的调试
实验四计算机控制系统的实验调试
姓名：陈启航
学号：13031144
同组人：吴振环陈秋鹏李恺
指导教师：袁少强
日期：6月16日
实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试
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、实验内容
1.连接元件构成位置随动系统；
2.利用计算机内的采样及显示程序，显示并分析输出的响应结
果;
3.重复调试达到设计要求三、实验设备
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数字多用表一台四、实验原理
模拟式小功率随动系统如下图所示:
1.实验前需进行零位调整，反馈极性判断，反馈极性判断又包括速度反馈极性判断和位置反馈极性判断，须使反馈为负反馈。

2.动态闭环实验系统调试。

按下面电路图连线，经过改变变阻
器大小来改变闭环系统放大倍数，经过一路A/D把输出相应采入
计算机进行绘图，同时测量输入电压和反馈电位计输入电压，算出稳态误差
五、实验结果
1. K=1时的过渡过程曲线。

概 述北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院自动控制与测试教学实验中心是国家211工程建设项目、校级实验教学示范中心，其中的自动控制理论教学实验室面向全校开放，承担全校自动控制原理的本科生实验课教学。

本实验说明书所涉及的自动控制原理实验采取半实物仿真方式实现。

半实物仿真一般是把数学模型、实体模型和系统的实际设备联系在一起进行运行，组成仿真系统。

而在对此系统进行仿真时，因有实物介入仿真回路，要求仿真是实时进行的，仿真机必须在与真实系统同步的条件下，获取动态的输入信号，并实时地产生动态的输出响应。

半实物仿真已经成为国防、工程领域内一种应用广泛的仿真技术，从某种程度上讲半实物仿真技术已经成为其整体科学技术水平的体现和代表。

半实物仿真技术在一般的工业控制中更为常见，其控制器可以由计算机实现，将控制对象作为实物直接放置在仿真回路中，构造起半实物仿真系统。

实验系统硬件部分包括计算机、数据采集板和电子模拟机。

电子模拟机用来实现系统模型（实物部分），数据采集板用来完成数字量及模拟量的转换以及信号的产生和数据的采集和处理，计算机用来实现综合的实验软件管理以及算法。

实验系统软件部分借助MATLAB软件实现，包括信号源的产生、数据的采集、控制算法和系统模型。

自动控制教学实验中心自行开发了PCI数据采集板在MATLAB下的驱动程序，可实现在MATLAB下实时的数据输出和采集，该驱动程序是整个实验系统的核心。

基于半实物仿真技术的自动控制原理实验，倡导的是自主性和研究性的实验方法，实验分为基本实验内容和研究性实验内容两种。

基本实验内容可以完成设定的实验包括：典型环节实验、频率特性测试、控制系统串联校正、PID控制器、状态反馈与观测器、采样系统研究实验、非线性环节实验等多种控制理论实验。

研究性实验则非常灵活，借助硬件驱动可实现基本的数据的输入输出，MATLAB可实现控制算法和系统模型的构建，两者的结合可实现任何的实验系统，达到实验者进行相应控制理论研究的目的。

自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析实验日期：2017.9.29，2017.11.14小组成员：目录一、典型环节的模拟研究 (3)1.实验目的 (3)2.实验原理及说明 (3)3.实验内容及实验结果 (3)3.1观察比例环节的阶跃响应曲线 (4)3.2观察惯性环节的阶跃响应曲线 (7)3.3观察积分环节的阶跃响应曲线 (10)3.4观察比例环节的阶跃响应曲线 (13)3.5观察比例微分环节的阶跃响应曲线 (16)3.6观察PID（比例积分微分）环节的阶跃响应曲线 (17)4.结果分析 (20)二、二阶系统瞬态响应和稳定性 (21)1.实验目的 (21)2.实验原理及说明 (21)3.实验内容及实验结果 (23)4.结果分析 (29)一、典型环节的模拟研究1.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。

2.实验原理及说明①控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。

②再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。

③若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。

④典型环节的结构图及传递函数3.实验内容与实验结果3.1观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如下图所示。

传递函数：1(S)(S)(S)R R K K U U G i O === 单位阶跃响应：K )t (U =1)实验步骤（1）构造模拟电路：安置短路套及测孔联线，表如下。

（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（2）将A/D-D/A 转换（B2）DAOUT （矩形波）作为系统输入信号Ui,运行SACT 程序，选择线性系统时域分析项，点击启动实验项目弹出实验界面后，在“波形控制区”设置矩形波参数，设置矩形波“幅度”为4V ，“正脉宽”为1秒。

自动控制原理实验报告册班级： 390412 学号： 39041209 姓名：高亚豪2011年12月21日目录实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 . 3实验二频率响应测试 (6)实验三控制系统串联校正 (9)实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、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时的阶跃响应曲线，并测定其超调量及过渡过程时间。

三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：φ(s)=模拟运算电路如图1- 1所示：图 1- 1由图 1-1得在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为：0.25、 0.5、12．二阶系统:其传递函数为：令ωn=1弧度/秒，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R2C1=1 ，R3C2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1四、实验数据表根据实验要求选取的参数如下：0.25 0.5 1R2 250K 500K 1MC 1μf 1μf 1μfTs实测 /s 0.73 1.56 3.08Ts理论 /s 0.75 1.5 3ζ0.25 0.5 1.0R4 200K 100K 50KC2 1μf 1μf 1μf σ%实测45.299 16.484 0.8547σ%理论44.5 16.5 0Ts实测11.19 5.52 4.74Ts理论14 7 3．5五、实验结果图六、数据分析实验数据结果与理论数据有一些出入，原因在于选择电阻时没有合适的阻值，就直接用510千欧电阻代替500欧，或者用电位计，阻值上的误差是实验数据误差的主要来源。

北航自控实验报告北航自控实验报告自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一，通过实验，学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识，提高实践能力。

本文将从实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面，对北航自控实验进行详细介绍。

实验目的自控实验的目的是通过实际的控制系统，让学生了解自动控制的基本原理和方法，培养学生的实际操作能力和问题解决能力。

通过实验，学生能够掌握控制系统的建模、仿真和实际控制过程中的参数调整方法，提高自己的工程实践能力。

实验内容北航自控实验包括多个实验项目，其中包括PID控制器的设计与调整、系统建模与仿真、状态空间控制等。

在PID控制器的设计与调整实验中，学生需要根据给定的控制要求，设计出合适的PID控制器，并通过调整PID参数来实现系统的稳定性和性能要求。

在系统建模与仿真实验中，学生需要根据给定的系统动力学方程，建立系统的数学模型，并通过仿真软件进行系统的动态仿真。

在状态空间控制实验中，学生需要学习和应用状态空间法进行系统的控制设计。

实验结果通过实验，学生能够得到实验结果，并进行分析和总结。

实验结果包括系统的响应曲线、参数调整结果等。

学生需要根据实验结果，评估系统的控制性能，并对控制器的参数进行调整。

通过实验结果的分析，学生能够深入理解自动控制的原理和方法，并提高自己的问题解决能力。

实验总结自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一，通过实验，学生能够将理论知识应用到实践中，并提高自己的实际操作能力和问题解决能力。

在实验过程中，学生需要仔细操作实验设备，准确记录实验数据，并进行数据分析和总结。

通过实验总结，学生能够发现实验中存在的问题，并提出改进措施，提高自己的实验技巧和创新能力。

总之，北航自控实验是自动化专业学生不可或缺的一部分，通过实验，学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识，提高实践能力。

通过实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面的介绍，相信读者对北航自控实验有了更加深入的了解。