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南京邮电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：计算机控制系统性能分析所在专业：自动化学生姓名：**班级学号：B************: ***2013 /2014 学年第二学期实验一：计算机控制系统性能分析一、 实验目的：1.建立计算机控制系统的数学模型；2.掌握判别计算机控制系统稳定性的一般方法3.观察控制系统的时域响应，记录其时域性能指标；4.掌握计算机控制系统时间响应分析的一般方法；5.掌握计算机控制系统频率响应曲线的一般绘制方法。
二、 实验内容：考虑如图1所示的计算机控制系统图1 计算机控制系统1. 系统稳定性分析(1) 首先分析该计算机控制系统的稳定性，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解:G1=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G1,0.01,'zoh');//求系统脉冲传递函数 rlocus(G);//绘制系统根轨迹Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s-7-6-5-4-3-2-1012-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5将图片放大得到0.750.80.850.90.9511.051.11.151.21.25-0.15-0.1-0.050.050.10.15Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i sZ 平面的临界放大系数由根轨迹与单位圆的交点求得。
放大图片分析： [k,poles]=rlocfind(G)Select a point in the graphics window selected_point = 0.9905 + 0.1385i k =193.6417 poles =0.9902 + 0.1385i 0.9902 - 0.1385i 得到0<K<193(2) 假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解：G1=tf([1],[1 1 0]); rlocus(G1);-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.200.2-0.8-0.6-0.4-0.20.20.40.60.8Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s由图片分析可得，根轨迹在S 平面左半面，系统是恒稳定的，所以： 0<K<∞(3) 分析导致上述两种情况下K 取值范围差异的原因。
控制系统的典型环节的模拟实验报告一、实验题目：控制系统的典型环节的模拟实验报告二、实验目的：1. 了解控制系统中的典型环节的特性；2. 学习如何模拟典型环节的动态响应；3. 分析和验证控制系统的稳态和动态特性。
三、实验设备和材料：计算机、MATLAB软件、控制系统模拟工具箱。
四、实验原理：控制系统在工程实践中常常包括传感器、执行器、控制器以及被控对象等多个环节。
典型环节主要包括惯性环节和一阶滞后环节。
1. 惯性环节：惯性环节指的是一种动态响应特性，常用一阶惯性环节来描述。
其传递函数表达式为：G(s) = K / (Ts + 1)，其中K为增益，T为时间常数。
2. 一阶滞后环节：一阶滞后环节指的是一种静态响应特性，常用一阶滞后环节来描述。
其传递函数表达式为：G(s) = Ke^(-To s) / (Ts + 1)，其中K为增益，To为滞后时间常数，T为时间常数。
五、实验步骤：1. 打开MATLAB软件，并导入控制系统模拟工具箱；2. 定义惯性环节的传递函数：G1 = tf([K],[T 1]);3. 定义一阶滞后环节的传递函数：G2 = tf([K*exp(-To)],[T 1]);4. 绘制惯性环节的阶跃响应曲线：step(G1);5. 绘制一阶滞后环节的阶跃响应曲线：step(G2);6. 根据实验结果，分析和比较两种环节的动态响应特性。
六、实验结果：1. 惯性环节的阶跃响应曲线呈现一定的超调和过渡时间，随着时间的增加逐渐趋于稳态；2. 一阶滞后环节的阶跃响应曲线较为平滑，没有显著的超调和过渡时间现象，但需要较长的调节时间才能达到稳态。
七、实验结论：控制系统中的典型环节具有不同的响应特性，惯性环节一般具有超调和过渡时间现象，而一阶滞后环节则响应相对平滑。
在实际应用中，可以根据具体的控制要求和实际环境选择适合的环节类型，以达到理想的控制效果。
八、实验心得：通过本次实验，我进一步了解了控制系统中的典型环节，学会了如何模拟和分析这些环节的特性。
北航计算机控制系统实验报告一、实验目的通过本实验，旨在加深对计算机控制系统的理解，熟悉计算机控制系统的基本组成和原理，并能够运用所学知识进行实际的控制系统设计与调试。
二、实验原理计算机控制系统是一种通过计算机对实际物体或过程进行控制的系统。
其基本组成包括传感器、执行机构、人机界面、控制算法和控制器等。
传感器负责将物理量转换成电信号，输入给计算机；执行机构根据计算机的控制信号完成相应的动作；人机界面提供了与计算机进行交互的方式；控制算法基于传感器采集到的信息和用户的输入，计算出执行机构所需的控制信号；控制器根据控制算法输出的控制信号与执行机构进行交互。
三、实验内容本实验的主要内容为设计一个自动化温控系统。
系统包括一个温度传感器、一个加热器和一个温度控制器。
温度传感器负责采集环境温度，并将其转换成模拟电信号输入给温度控制器；加热器根据温度控制器输出的控制信号控制加热功率，从而调节环境温度；温度控制器根据温度传感器采集到的温度信号和用户设定的目标温度，计算出加热功率控制信号。
四、实验步骤1.连接硬件设备将温度传感器的输出接口与温度控制器的输入接口相连；将温度控制器的输出接口与加热器的输入接口相连。
2.设计控制算法根据用户设定的目标温度和实际温度，设计一个控制算法，计算出加热功率控制信号。
常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法等。
3.编写控制程序使用编程语言编写一个控制程序，根据控制算法计算出的控制信号，通过温度控制器的输出接口发送给加热器。
4.调试控制系统运行控制程序，观察温度控制系统的运行情况。
根据实际温度与目标温度的偏差调整控制算法的参数，使系统达到较好的控制效果。
五、实验结果分析运行实验过程中，通过观察实际温度与目标温度的偏差，可以评估系统的控制效果。
根据实际情况，调整控制算法的参数，使系统的响应速度更快、稳定性更好。
六、实验总结通过本实验，我对计算机控制系统的基本原理和组成有了更深入的理解，掌握了控制系统的设计与调试方法，并在实践中提高了解决实际问题的能力。
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： 2016年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. 反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，通过改变变阻器大小来改变闭环系统放大倍数，通过一路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、实验结果滑阻阻值（千欧）7.118.324.138.3比例系数 1 1.52.753.7 给定角度（度）30 60 120输出角度（度）38 66 129静差角度（度） 3 1 4静态误差（mv）-146.7-6.2-193.5过度过程曲线见下图1.K=1时的过渡过程曲线2.K=1.5时的过渡过程曲线3.K=2.75时的过渡过程曲线4.K=3.7时的过渡过程曲线六、思考题及实验感想1 如果速度反馈极性不对应如何处理？如果位置反馈极性不对应如何处理？答：首先判断测速机反馈极性。
在一级运放处加一电压，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。
计算机控制系统实验报告《计算机控制系统实验报告》一、实验目的本次实验旨在通过搭建计算机控制系统，探究计算机在控制系统中的应用和作用。
通过实际操作，加深对计算机控制系统的理解，提高实践能力。
二、实验内容1. 搭建计算机控制系统的硬件平台，包括计算机、传感器、执行器等设备的连接和配置；2. 编写控制程序，实现对执行器的控制；3. 进行实际控制实验，观察计算机在控制系统中的作用和效果。
三、实验步骤1. 硬件搭建：按照实验指导书上的要求，连接计算机、传感器和执行器，确保硬件平台的正常运行；2. 软件编写：根据实验要求，编写控制程序，包括传感器数据采集、数据处理和执行器控制等部分；3. 实际控制：运行编写好的控制程序，观察执行器的运行情况，记录数据并进行分析。
四、实验结果与分析经过实验操作，我们成功搭建了计算机控制系统，并编写了相应的控制程序。
在实际控制过程中，计算机能够准确、快速地对传感器采集的数据进行处理，并通过执行器实现对系统的控制。
实验结果表明，计算机在控制系统中发挥着重要作用，能够提高系统的稳定性和精度。
五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了计算机在控制系统中的应用和作用，提高了对计算机控制系统的理解。
实践中，我们也发现了一些问题和不足，需要进一步学习和改进。
总的来说，本次实验对我们的学习和实践能力都有很大的提升。
六、实验感想本次实验让我们深刻感受到了计算机在控制系统中的重要性，也让我们更加坚定了学习和掌握计算机控制技术的决心。
希望通过不断的学习和实践，能够成为优秀的控制工程师，为社会发展做出贡献。
以上就是本次计算机控制系统实验的报告，谢谢阅读。
一、实验目的1. 理解计算机控制系统的基本原理和组成；2. 掌握计算机控制系统的基本操作和调试方法；3. 通过实验，加深对计算机控制理论的理解和应用。
二、实验仪器1. PC计算机一台；2. 计算机控制系统实验箱一台；3. 传感器、执行器等实验设备。
三、实验内容1. 计算机控制系统组成与原理；2. 传感器信号采集与处理；3. 执行器控制与调节；4. 计算机控制系统调试与优化。
四、实验步骤1. 熟悉实验设备，了解计算机控制系统实验箱的组成及功能；2. 连接实验设备，检查无误后启动实验软件；3. 根据实验要求，进行传感器信号采集与处理；4. 根据实验要求，进行执行器控制与调节；5. 对计算机控制系统进行调试与优化，观察系统响应和性能；6. 记录实验数据，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 计算机控制系统组成与原理实验过程中，我们了解了计算机控制系统的基本组成，包括传感器、控制器、执行器等。
传感器用于采集被控对象的物理量，控制器根据采集到的信号进行计算、处理，然后输出控制信号给执行器，执行器对被控对象进行调节。
2. 传感器信号采集与处理在实验中，我们使用了温度传感器采集环境温度信号。
通过实验，我们掌握了如何将模拟信号转换为数字信号，以及如何对采集到的信号进行滤波处理。
3. 执行器控制与调节实验中，我们使用了继电器作为执行器，根据控制器输出的控制信号进行开关控制。
通过实验，我们学会了如何设置执行器的参数，以及如何对执行器进行调节。
4. 计算机控制系统调试与优化在实验过程中，我们对计算机控制系统进行了调试与优化。
通过调整控制器参数，使得系统在满足控制要求的同时，具有良好的动态性能和稳态性能。
六、实验总结本次实验使我们对计算机控制系统有了更深入的了解，掌握了计算机控制系统的基本原理和操作方法。
通过实验，我们提高了动手能力和实际操作能力，为今后从事相关领域工作奠定了基础。
七、实验报告1. 实验名称：计算机控制系统实验2. 实验日期：XXXX年XX月XX日3. 实验人员：XXX、XXX4. 实验指导教师：XXX5. 实验内容：计算机控制系统组成与原理、传感器信号采集与处理、执行器控制与调节、计算机控制系统调试与优化6. 实验结果与分析：详细描述实验过程中遇到的问题、解决方法及实验结果7. 实验心得体会：总结实验过程中的收获和体会（注：以上实验报告仅供参考，具体实验内容和结果可能因实际情况而有所不同。
《计算机控制系统》实验报告学校：上海海事大学学院：物流工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：***学号：************一、实验课程教学目的与任务通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字PID控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法，了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。
根据各个实验项目，完成实验报告（用实验报告专用纸）。
二、实验要求学生在熟悉PC机的基础上，熟悉MATLAB软件的操作，熟悉Simulink工具箱的软件编程。
通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计，学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。
计算机控制系统主要技术指标和要求：根据被控对象的特性，从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。
一般要求系统在振荡2～3次左右进入稳定；系统静差小于3%～5%的稳定值（或系统的静态误差足够小）；系统超调量小于30％～50％的稳定值；动态过渡过程时间在3～5倍的被控对象时间常数值。
系统整定的一般原则：将比例度置于较大值，使系统稳定运行。
根据要求，逐渐减小比例度，使系统的衰减比趋向于4：1或10：1。
若要改善系统的静态特性，要使系统的静差为零，加入积分环节，积分时间由大向小进行调节。
若要改善系统的动态特性，增加系统的灵敏度，克服被控对象的惯性，可以加入微分环节，微分时间由小到大进行调节。
PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。
系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。
实验一、数字PID 参数的整定一、 实验目的1）、了解数字PID 控制回路的结构。
2）、掌握数字PID 控制算法的控制原理。
3）、掌握数字PID 控制算法的整定原理。
计算机控制系统实验报告计算机控制系统实验报告引言计算机控制系统是一种利用计算机技术对各种设备和系统进行自动化控制的系统。
它在工业生产、交通运输、军事防御等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过对计算机控制系统的实际操作，深入了解其工作原理和应用。
实验目的本次实验的主要目的是学习计算机控制系统的基本原理和实现方法，通过实际操作来加深对其工作过程的理解。
同时，通过实验数据的收集和分析，掌握计算机控制系统的性能评估方法。
实验设备和材料本次实验所需设备和材料包括：计算机、控制器、传感器、执行器、数据采集卡等。
实验过程1. 硬件连接首先，将计算机与控制器通过数据采集卡连接起来，并将传感器和执行器与控制器相连。
确保各个设备之间的连接正确无误。
2. 程序编写编写控制程序，根据实验要求设定相应的控制算法和参数。
在程序中设置传感器数据的采集频率和执行器的控制方式，并将其与控制器进行关联。
3. 实验数据采集启动实验程序，开始采集传感器数据和执行器的控制信号。
通过数据采集卡将数据传输到计算机中，保存为文件以备后续分析使用。
4. 数据分析根据实验数据，进行数据分析和处理。
通过对采集的传感器数据进行曲线绘制和统计分析，评估控制系统的性能指标，如响应时间、稳定性等。
实验结果与讨论根据实验数据的分析，可以得出控制系统的性能评估结果。
通过对响应时间的分析，可以评估控制系统的快速性和准确性。
通过对稳定性的分析，可以评估控制系统的抗干扰能力和稳定性。
根据实验结果，可以对控制系统进行进一步的优化和改进。
实验总结通过本次实验，我对计算机控制系统的工作原理和实现方法有了更深入的了解。
通过实际操作和数据分析，我对控制系统的性能评估方法有了更清晰的认识。
同时，本次实验也让我意识到了计算机控制系统在现代工业生产中的重要性和广泛应用。
结语计算机控制系统实验是计算机科学与技术专业的重要实践环节。
通过实际操作和数据分析，可以加深对计算机控制系统的理论知识的理解，并为今后的工作和研究提供基础。
江南大学物联网工程学院《计算机控制系统》实验报告实验名称实验二微分与平滑仿真实验实验时间2017.10.31专业自动化班级1503 姓名汪涛学号********** 指导教师陈珺实验成绩一、实验目的与要求1、了解微分对采样噪音的灵敏响应。
2、了解平滑算法抑制噪音的作用。
3、进一步学习MATLAB 及其仿真环境SIMULINK 的使用。
二、仿真软硬件环境PC 机，MATLAB R2012b 。
三、实验原理如图微分加在正反馈输入端，计算机用D(Z)式进行微分运算。
R 为阶跃输入信号，C 为系统输出。
由于微分是正反馈，当取合适的微分时间常数时，会使系统响应加快。
若微分时间常数过大，则会影响系统稳定性。
四、D(Z)设计1、未平滑时的D(Z)用一阶差分代替微分运算：)1()()()(1--==Z TT Z X Z Y Z D D 式中T Ｄ为微分时间常数，T 为计算机采样周期。
2、平滑后的D(Z)微分平滑运算原理如图：取Y ＊(k)为四个点的微分均值，有)331(6)()()( )33(6 )5.15.05.05.1(4)( 321321221*-----------+==∴--+=-+-+-+-=Z Z Z T T Z X Z Y Z D X X X X TT X X X X X X X X T T K Y D K K K K D K K K K Dx x x k -3 x k -2 x k -1 x k t T 0.5T T 0.5T + + ○× R C五、SIMULINK仿真结构图六、仿真实验记录参数设置R、C波形记录未平滑T=0.02STD=0.01SD(Z)=D(Z)=0.5(1-Z-1)平滑T=0.02ST D=0.01SD(Z)=1/12+1/4Z-1/4Z2-12Z3未平滑T=0.04ST D=0.02SD(Z)=0.5(1-Z-1)平滑T=0.04ST D=0.02SD(Z)=0.5*平滑T=0.02ST D=0.02SD(Z)=1/6(1+3Z-1-3Z-2-Z-3)平滑T=0.04ST D=0.01SD(Z)=0.25*七、思考题1、微分噪音与采样噪音和采样周期T有什么关系?与微分时间常数有什么关系?在采样周期T相同的情况下，TD越大，微分噪音越严重；在TD相同的情况下，采样周期T越小微分噪音越严重。
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。
计算机控制系统实验报告学院机电工程学院专业电气工程及其自动化姓名__________________学号__________________实验一已知闭环Z 传递函数321() 1.40.070.26W z z z z =+-- （1） 判定系统的稳定性。
一、实验目的1、掌握离散系统稳定的充要条件；2、掌握稳定的物理意义；a. 有界输入得到有界输出；b. 李雅普诺夫稳定判据；3、熟悉matlab 以及simulink 的基本应用。
二、实验设备计算机、matlab2012a 软件三、实验理论分析判断系统的稳定性，可以通过分析闭环传递函数的极点分布情况判定。
如果系统极点都在z 平面内单位圆内，则系统稳定，否者，系统不稳定。
另外，也可以通过matlab 软件仿真系统在阶跃函数下的输出波形，来判定系统是否稳定。
四、实验内容及步骤 1、实验内容：（1）计算系统的极点分布，据此判断系统的稳定性；（2）给出系统在特定输入作用的输出波形，并据此判断系统的稳定性。
2、实验步骤：（1）用MATLAB 求出系统闭环传递函数的极点分布，算法及结果如下： >> a=1;>> b=[1 1.4 -0.07 -0.26]; >> G=tf(a,b); >> G1=zpk(G) G1 =1----------------------- (s+1.3) (s+0.5) (s-0.4)（2）用simulink 模块仿真单位阶跃信号下系统输出，结构框图及输出波形分别如下图a 和b 。
图a图b（3）根据李雅普诺夫判据验证系统抗干扰的能力，结构框图及系统输出如下图c，d所示。
图C图 D五、实验数据分析(1) 由matlab 计算的系统闭环传递函数极点分布为-1.3、-0.5、0.4，由于存在z 平面内单位圆外的极点z=-1.3，所以该系统不稳定。
(2) 由simulink 仿真的系统单位阶跃信号作用下输出结果，以及李雅普诺夫判据可得，该系统输出不稳定，即该系统不稳定。
六、实验总结。
(3) 通过本次实验，更加掌握和了解了离散系统稳定充分必要条件，同时，对系统是否稳定也有了更加深刻的认识。
对于有界的输入信号，只有系统输出也是有界的，那么该系统才是稳定的系统。
此外，我也更加熟悉了matlab 和simulink 的使用和一般操作。
实验二(4) 如图所示，设010()(1)G s s s =+，T=1s ，输入为单位速度输入，设计最少拍控制器D(z)。
一、实验目的U (z )u *(t ) E (z )R (z )e *(t ) y (t )Tr (t ) e (t )D (z )T ZOHG 0(s )Y (z )(5) 1、最少拍数字控制器的基本概念； (6) 2、掌握最少拍数字控制器的设计方法； (7) 3、了解最少拍数字控制器的不足之处。
(8) 4、掌握基本的matlab 以及simulink 在系统仿真中的应用。
二、实验设备计算机、matlab2012a 软件三、实验理论分析(9) 由最少拍控制器设计方法可得系统在阶跃信号下理想闭环z 传递函数W(Z)=Z-1，以及闭环误差z 传递函数We(Z)=1-Z-1,则数字控制器D(z)=W(z)/(We(z)G(z))。
(10) 最受拍控制器可以在最少的时间周期内使系统输出的稳态误差为零。
但由于最少拍控制器存在不足，所以这样设计得到的系统输出只能在采样时刻实现系统输出无稳态误差，而在采样时刻之间，输出存在误差。
另外，这样设计的控制器的适应性比较差，他只能针对特定的输入可以实现在最少拍内输出无稳态误差，而对于其他输入信号则无法得到令人满意的输出结果。
四、实验内容及步骤 1、实验内容：(1) 设计最少拍控制器，给出整个系统的simulink 仿真，观察系统的输出信号、误差信号以及控制信号；(2) 给出最少拍控制器不足之处的实际证据； (3) 给出改进的最少拍控制器及其仿真结果。
2、实验步骤：(11) 已知被控对象 )368.0)(1()718.0(688.3)(--+=Z Z ZZ z G根据最少拍控制器设计方法可得： 系统闭环Z 传递函数 W(Z)=Z -1系统闭环误差Z 传递函数 W e (Z)=1-Z -1最少拍控制器 )()()(1)(z G z W z W z D e e -=)718.0)(1()368.0)(5.0(543.0----=z z z z 系统的simulink 仿真如下：系统的输出信号、误差信号以及控制信号分别如下图a，b，c所示图a 输出信号图b 误差信号图c 控制信号(2) 系统在单位阶跃信号下的输出响应如下图d所示，由图a和图d可以看出系统在不同输入信号下的响应误差比较大。
对少拍系统的另一个不足之处是他只能在采样时刻实现输出无稳态误差，这可由图a，b和c可以看出。
在采样时刻，系统的输出为理想的输出，而在采样时刻之间，系统输出的误差比较大。
图d(3) 改进的无波纹最少拍控制器另闭环传递函数W(z)中包含G(z)的全部零点，闭环误差传函数We(z)中包含G(z)的不稳定极点，所求得的改进控制器)593.0)(1()586.0)(368.0(383.0)(+---=Z Z Z Z z D 。
Simulink 仿真以及仿真结果如下图e 和f 所示图e图f五、实验数据分析由最少拍控制器的输出波形可以看出，系统在最少拍内实现了采样时刻输出响应无稳态误差，但在采样时刻之间误差比较大，而且对不同输入信号，无法得到较理想的输出响应。
通过改进以后，系统输出响应如图f 所示，不仅在采样时刻无稳态误差，而且在采样时刻之间也有比较理想的输出响应。
六、实验总结通过本次实验，加深了我对最少拍控制器的理解，也对最少拍控制器的设计以及存在的不足之处有了更深一步的认识。
同时，为了避免在采样时刻之间误差较大，以及对不同输入信号的适应性较差的不足，设计了改进型的控制器，使输出响应更加理想。
实验三 数字PID 控制一、实验目的（1）掌握PID 控制规律及控制器实现。
（2）对给定系统合理地设计PID 控制器。
（3）掌握对给定控制系统进行PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。
（4）了解改进PID 算法的基本思想和程序实现。
二、实验设备计算机、matlab2012a 软件三、实验理论分析PID 控制就是通过比例、积分、微分同时对系统进行控制作用。
在PID 控制器的设计中主要是通过不断调整比例系数KP 、积分系数KI 、微分系数KD 的值直至得到理想的输出响应。
增大KP 可以加快系统的响应时间，减小稳态误差，但过大回事系统产生震荡，甚至不稳定。
减小KI 可以减小系统超调量，减小震荡，但系统稳态误差的消除减慢。
增大KD 可以加快系统响应，减小震荡，是系统稳定性增加，但过大会使系统稳定性降低。
参数整定的方法有试凑法、扩充临界比例度法、扩充响应曲线法。
其中扩充临界比例度法和扩充响应曲线法所求得的参数在实际中并非一定适合，所以还要对其进行调整，知道能过得到理想的响应。
四、实验内容及步骤1、实验内容（1）已知15()(1)(3)G s s s =++试分别用P 、PI 和PID 数字控制器校正系统，用试凑法整定控制器参数，比较三种控制器的控制性能。
（2）已知控制对象的传递函数模型为:210()(1)(3)(5)G s s s s =+++ 试设计PI 控制器校正，并用扩充响应曲线法整定PI 控制器的Kp 和Ti ，绘制系统校正后的单位阶跃响应曲线。
（3）已知被控对象的传递函数模型为103210()45se G s s s -=++试设计PID 控制器校正，并用扩充临界比例度法整定PID 控制器的Kp 、Ti 和Td 。
（注：由于延时较大，仿真时间需适当增加）2、实验步骤(1) P 控制的simulink 仿真，试凑法参数整定过程以及最终结果分别如下图 1.1,1.2,1.3,1.4所示。
图1.1 kp=1.4图1.2 最终结果kp=1.4图1.3 KP过小kp=0.4图1.4 kp过大kp=1.8PI控制的simulink仿真，试凑法参数整定结果分别如下图1.5,1.6所示。
图1.5 kp=0.3 ki=0.4图1.6 kp=0.3 ki=0.4PID控制的simulink仿真，试凑法参数整定结果分别如下图1.7,1.8所示。
图1.7 kp=0.35 ki=0.45 kd=0.05图1.8 kp=0.35 ki=0.45 kd=0.05三种控制器的比较如下图 1.9所示（注：粗实线为P控制，细实线为PI控制，点划线为PID控制）。
图1.9(2)用扩充响应曲线法整定PI控制器的Kp和Ti，被控参数在阶跃输入作用下的响应曲线如下图2.1所示。
求得等效纯滞后时间τ=0.3，相等效时间常数Tm=1.8，比值Tm/τ=6。
选取控制度为1.05，通过扩充响应曲线法整定计算公式表求得采样周期T=0.10×0.3=0.03比例系数kp=5.04积分时间常数T I=1.02积分系数K I=0.148PI控制器的simulink仿真以及调整后的单位阶跃信号作用下系统的输出响应分别如下图2.2，2.3所示，最终比例系数kp=0.6，积分系数ki=0.8。
图2.4和2.5分别为整定过程中系数过小和系数过大的输出响应。
图2.1 kp=0.6 ki=0.8图2.2 τ=0.3 Tm=1.8图2.3 kp=0.6 ki=0.8图2.4 kp=0.5 ki=0.4图2.5 kp=1.5 ki=0.8(3)用扩充临界比例度法整定PID控制器的Kp、Ti和Td选取采样周期Tmin=1s，让控制器做纯比例控制，使系统输出出现等幅振荡，输出响应如图3.1所示。
此时比例控制系数kr=1.1068，等幅振荡周期Tr=2s，选取控制度Q=1.05，根据扩充临界比例度法整定计算公式表求得采样周期T=0.028s比例系数kp=0.0697积分时间常数Ti=0.98微分时间常数Td=0.28积分系数K I=0.02微分系数K D=6.97PID控制的simulink仿真如图3.2所示，最终调整的系统输出响应如图3.3所示，最终整定的个参数值为kp=0.07，K I=0.45，K D=0.06。
图3.4和3.5分别为参数整定过程中响应过于剧烈和过于抑制的输出响应图。
图3.1 纯比例控制下等幅振荡图3.2 PID控制器simulink仿真图3.3 PID控制最终输出响应kp=0.07 K I=0.45 K D=0.06图3.4 系统动态特性欠佳kp=0.1 K I=0.45 K D=0.2图3.5 系统响应较慢kp=0.01 K I=0.1 K D=0.01五、实验数据分析(1) 由图1.2，1.3，1.4可以看出，过大的比例控制系数Kp会使系统震荡加剧，过小的Kp虽然减小了震荡，但是却增大了系统的稳态误差。
