自动控制原理研究性学习
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自动控制原理实验报告五个实验
自动控制原理实验专业班级姓名学号实验时间：2010.10—2010.11一、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2、测量输入和输出波形图。
《自动控制原理》自动控制PID实验报告
《自动控制原理》自动控制PID实验报告课程名称自动控制原理实验类型：实验项目名称：自动控制PID一、实验目的和要求1、学习并掌握利用MATLAB 编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。
2、通过仿真实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统特性影响的规律。
3、实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID 控制规律和参数的规则。
二、实验内容和原理一）任务设计如图所示系统，进行实验及仿真程序，研究在控制器分别采用比例（P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）及比例积分微分（PID）控制规律和控制器参数（Kp、Ki、Kd）不同取值时，控制系统根轨迹和阶跃响应的变化，总结pid 控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。
具体实验容如下：1、比例（P）控制，设计参数Kp 使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp 值，同时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 的变化情况。
总结比例（P）控制的规律。
2、比例积分（PI）控制，设计参数Kp、Ki 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。
分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Ki 的变化情况。
总结比例积分（PI）控制的规律。
3、比例微分（PD）控制，设计参数Kp、Kd 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；66 3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。
分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Kd 的变化情况。
研究性学习——电磁继电器与现代化的自动控制
1、了解电磁继电器的结构以及工作原理。
2、会连接用电磁继电器进行自动控制的简单电路。
3、经历利用电磁继器控制简单电路的实验过程。
4、经历小组合作学习，实地调查，初步学会如何与人交际、与人协作。
5、通过了解物理知识的实际应用，提高学习物理知识的兴趣。
6、经历发现问题、分析问题、解决问题的研究过程，初步学会探究学习的方法，能写出调查报告。
电磁继电器与与现代化自动控制
研究课题名称：
电磁继电器与现代化的自动控制
设计者姓名
所在学校
所教年级
初三
研究学科
物理
联系电话
电子邮件
一、课题背景、意义及介绍
1、背景说明（怎么会想到本课题的）：
现代生活中有很多用到自动化的设备，例如学生玩的一些机器人，因此多大数学生对此非常感兴趣，我自己本人也喜欢这方面的知识，还动手做了一个自动抽水系统。
五、研究的预期成果及其表现形式（研究的最终成果以什么样的形式展现出来，是论文、实验报告、实物、网站、多媒体还是其他形式）
以实物的形式，提问某一小组进行连接简单的自动控制电路。连接完毕后让其它组的学生参与检查与分析，实验后给予评价。活动结束要求学生写一份调查报告，并在让每组的成员和老师对他们进行综合评价。
1给学生一些考察重点提示；
2给组长发放“活动记录表”，以用作每次小组活动后收集整理信息。
3及时跟踪了解各小组活动进行情况，为学生出谋划策，当好参谋指导作用，让学生随着活动的开展，不断修改活动方案，调整活动方式，保证活动的顺利进行。
后半学期
第四阶段：评价
(思考：用什么样的方式对学生的学习过程、学习结果进行评价，以促进学生的学习。)
7、学会采用多种方式途径收集资料（上网下载、上图书馆查阅、调查访问等），并能对各种资源进行筛选、整理、分析。
2、会连接用电磁继电器进行自动控制的简单电路。
3、经历利用电磁继器控制简单电路的实验过程。
4、经历小组合作学习，实地调查，初步学会如何与人交际、与人协作。
5、通过了解物理知识的实际应用，提高学习物理知识的兴趣。
6、经历发现问题、分析问题、解决问题的研究过程，初步学会探究学习的方法，能写出调查报告。
电磁继电器与与现代化自动控制
研究课题名称：
电磁继电器与现代化的自动控制
设计者姓名
所在学校
所教年级
初三
研究学科
物理
联系电话
电子邮件
一、课题背景、意义及介绍
1、背景说明（怎么会想到本课题的）：
现代生活中有很多用到自动化的设备，例如学生玩的一些机器人，因此多大数学生对此非常感兴趣，我自己本人也喜欢这方面的知识，还动手做了一个自动抽水系统。
五、研究的预期成果及其表现形式（研究的最终成果以什么样的形式展现出来，是论文、实验报告、实物、网站、多媒体还是其他形式）
以实物的形式，提问某一小组进行连接简单的自动控制电路。连接完毕后让其它组的学生参与检查与分析，实验后给予评价。活动结束要求学生写一份调查报告，并在让每组的成员和老师对他们进行综合评价。
1给学生一些考察重点提示；
2给组长发放“活动记录表”，以用作每次小组活动后收集整理信息。
3及时跟踪了解各小组活动进行情况，为学生出谋划策，当好参谋指导作用，让学生随着活动的开展，不断修改活动方案，调整活动方式，保证活动的顺利进行。
后半学期
第四阶段：评价
(思考：用什么样的方式对学生的学习过程、学习结果进行评价，以促进学生的学习。)
7、学会采用多种方式途径收集资料（上网下载、上图书馆查阅、调查访问等），并能对各种资源进行筛选、整理、分析。
自控原理实验报告
自动控制原理实验报告目录2.2典型环节模拟电路及其数学模型1. 实验目的2. 实验原理3. 实验内容4. 实验步骤5. 实验数据记录3.1典型二阶系统模拟电路及其动态性能分析1. 实验目的2. 实验原理3. 实验内容4. 实验步骤5. 实验数据纪录3.4三阶控制系统的稳定性分析1. 实验目的2. 实验原理3. 实验内容4. 实验步骤5. 实验数据记录3.5基于Matlab告诫控制系统的时域响应动态性能分析1. 实验目的2. 实验内容3. 实验数据纪录4.1基于Matlab控制系统的根轨迹及其性能分析1. 实验目的2. 实验原理3. 实验内容4. 实验步骤5. 实验数据记录5.4 基于MATLAB控制系统的博德图及其频域分析1. 实验目的2. 实验原理3. 实验内容4. 实验步骤5. 实验数据记录2.2典型环节模拟电路及其数学模型1.实验目的1）掌握典型环节模拟电路的构成，学习运用模拟电子组件构造控制系统。
2）观察和安装个典型环节的单位节阶跃响应曲线，掌握它们各自特性。
3）掌握各典型环节的特性参数的测量方法，并根据阶跃响应曲线建立传递函数。
2.实验原理本实验通过实验测试法建立控制系统的实验模型。
实验测试法是人为地给系统施加某种测试信号，记录基本输出响应，并用适当的数学模型区逼近。
常用的实验测试法有三种：时域测试法，频域测试法和统计相关测试法。
通过控制系统的时域测试，可以测量系统的静态特性和动态特性指标。
静态特性是指系统稳态是的输入与输出的关系，用静态特性参数来表征，如增益和稳态误差。
动态性能指标是表征系统输入一定控制信号，输出量随时间变化的响应，常用的动态性能指标有超调量、调节时间、上升时间、峰值时间和振荡次数等。
静态特性可以采用逐点测量法，及给新一个输入量，新颖测量被控对象的一个稳态输出量，利用一组数据绘出静态特性曲线求出其斜率，就可以确定被测对象的增益。
动态特性可以采用阶跃响应或脉冲响应测试法，给定被测对象施加阶跃输入信号或脉冲信号，利用示波器或记录仪测量被测对象的输出响应，如为使测量尽可能的得到理想的数学模型，应注意以下几点：1）被测对象应处于实际经常使用的负荷情况，并且在较为稳定的状态下进行测试。
基于MATLAB语言的《自动控制原理》专题研究式教学探索
３． 注重培 养 学 员的信 息能 力 较 大 的信 息量 是学 员 进行 专题 研 究 的基础 ，在 教 学 过程 中 ，教 员首 先 要引 导学 员快 速 准确 地 采集 有 用 信息 ，让 学 员 自觉产 生 拥有 信息 的渴望 。这 些 信 息包括 ：网络信息 、参考书籍及其相 关资料 等 。其 次要 培养 学 员高 效 、快 捷地 利 用信 息 资源处 理 问题 的能 力 。对 于学 员 来说 ，要 学 会根据 研 究课 题 的需 要 ，经过信息 的整理 加工 ，解决实 际问题 。 因此 ，在 教学 过程 中 ，要 培养 学 员利 用信 息 资源 独立 分 析 问 题 、解 决 问题 的能 力 。三是 要 培养 学 员信 息再 生 能 力 。在 专题 研究 过程 中 ，要 引导学 员对 有 用信 息进 行归纳和总结 ，以形成新 的信息资 源 ，并能将这些 再 生 的信 息资 源应 用 到后续 的教 学 活动 中去 。 参考 文 献 ：
收稿 日期 ：２ ｌ ．４０ ０ １０ ．８ 作者简介：黎莉 （ ９ ２ ，女 ，硕士 ，空 军第一航 空学 院航 空仪电工程系讲师。 １ ７ ～）
・
８ ・ ７
。婺 羔
职 时 业 空
关 于 高 职 院 校 市 场 营 销 专 业 促 销 方案 的 教 学研 究
邹 玉
（ 冈职业技术学院，湖北 黄冈 黄 ４ ８０ ） ３ ０ ２
摘 要 ：高 职 院校 市 场 营销 专业 应 注 重实 践性 教 学 任 务 ，通过 真 实 的案例 和合 理 的教 学布 置 不仅 能 学。针 对本专 业 自身 的特 点 ，促 销 的实践性 活动和促 够 加 深学 生专 业 知识 的理 解 ，同时也 能贯 彻 高职 院 销 方 案 的制定 是 本 专业 重要 的两项 构成 部分 ， 而如 校 服务于本 地经济 的理念 。 比如 ，去 年 ｌ ２月份 ，按
自动控制原理研究性学习
由传递函数的定义，于是有
G( s) m ( s) K1 U d ( s) Tm s 1
G ( s ) 便是电枢电压 ud (t ) 到 m (t ) 的传递函数， Tm 是系统的机电常数。
这可以用图 2-4 所示的方框图来表示
其中 G ( s )
K1 Tm s 1
设减速器的速比为 i ，减速器的输入转速为 n ，而输出转速为 n ' ，则减速器的传递函数为
Step Response 1.4
1.2
1
0.8
Amplitude
0.6 0.4 0.2 0 0
2
4
6
8
10 Time (sec)
12
14
16
18
20
系统校正前单位阶跃响应曲线 从对系统的动态分析和上图可以看出， 如果该系统没有校正设计， 则达不到设计要求， 所以为了满足设计要求，必须进行校正设计
根轨迹
G( s) Kct
E(s) G(s)
Uct(s)
（三） 执行机构
直流伺服电动机在控制系统中广泛用作执行机构，用来对被控对象的机械运动实现快 速控制，通过简化处理后的直流伺服电动机的微分方程为
Tm dm (t ) m (t ) K1ud (t ) K 2 M (t ) dt
式中 M (t ) 可视为负载扰动转矩。根据线性系统的叠加原理，可分别求 ud (t ) 到 m (t ) 和 M (t ) 到 m (t ) 的传递函数，以便研究在 ud (t ) 和 M (t ) 分别作用下电动机转速 m (t ) 的性能，将他 们叠加后，便是电动机转速的响应特性。
雷达天线伺服控制系统实际上就是随动系统在雷达 天线上的应用。系统的原理图如图所示。本系统是 一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的 跟踪控制 位置检测器 电压比较放大器 执行机构
G( s) m ( s) K1 U d ( s) Tm s 1
G ( s ) 便是电枢电压 ud (t ) 到 m (t ) 的传递函数， Tm 是系统的机电常数。
这可以用图 2-4 所示的方框图来表示
其中 G ( s )
K1 Tm s 1
设减速器的速比为 i ，减速器的输入转速为 n ，而输出转速为 n ' ，则减速器的传递函数为
Step Response 1.4
1.2
1
0.8
Amplitude
0.6 0.4 0.2 0 0
2
4
6
8
10 Time (sec)
12
14
16
18
20
系统校正前单位阶跃响应曲线 从对系统的动态分析和上图可以看出， 如果该系统没有校正设计， 则达不到设计要求， 所以为了满足设计要求，必须进行校正设计
根轨迹
G( s) Kct
E(s) G(s)
Uct(s)
（三） 执行机构
直流伺服电动机在控制系统中广泛用作执行机构，用来对被控对象的机械运动实现快 速控制，通过简化处理后的直流伺服电动机的微分方程为
Tm dm (t ) m (t ) K1ud (t ) K 2 M (t ) dt
式中 M (t ) 可视为负载扰动转矩。根据线性系统的叠加原理，可分别求 ud (t ) 到 m (t ) 和 M (t ) 到 m (t ) 的传递函数，以便研究在 ud (t ) 和 M (t ) 分别作用下电动机转速 m (t ) 的性能，将他 们叠加后，便是电动机转速的响应特性。
雷达天线伺服控制系统实际上就是随动系统在雷达 天线上的应用。系统的原理图如图所示。本系统是 一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的 跟踪控制 位置检测器 电压比较放大器 执行机构
[关于,自动控制,原理,其他论文文档]关于“自动控制原理”教学改革的研究与探索
关于“自动控制原理”教学改革的研究与探索”论文摘要：文章分析了自动控制原理的特点和教学中存在的问题，提出把握知识线索、培养创新思维、丰富教学手段以及改进实验教学等一系列教学改革的具体措施。
通过教学实践表明，取得了较好的教学效果。
论文关键词：自动控制原理；教学改革；知识线索；创新“自动控制原理”是高校自动化专业的专业基础课，是电气信息类、机械类、环境工程类等专业的学科基础课。
在整个专业知识体系中占据非常重要的地位，具有承上启下的作用。
通过对控制理论知识的学习，使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法，培养学生对控制系统的工程实践能力和创新能力，为后续如“计算机控制技术”、“过程控制系统”、“电气控制”、“先进控制系统”等专业课程提供理论基础和分析设计方法。
该课程内容涉及数学、物理、电子、电机、机械等多学科领域，还与实际工程系统的控制密切相关，具有内容丰富、理论性强、涉及知识面广、更新发展快等特点，有一定的深度和学习难度。
学生在学习过程中容易感到枯燥乏味，产生厌学情绪。
教师在教授过程中也容易过分强调理论知识的数学推导，忽视工程应用。
为了促进教学质量的提高，对该课程进行教学改革是十分必要的。
一、优化课程内容，把握知识线索1.重点突出随着专业口径的不断扩宽，各门课程的教学内容也不断膨胀和加深，自动控制原理课程也面临着内容多和课时少的矛盾，所以要精选课程内容，突出重点。
下面将每章中的一些重点分别加以阐述：“控制系统基本概念”重点是自动控制系统的基本工作原理，自动控制系统的结构及特点、组成和基本环节，自动控制系统的性能指标，自动控制系统的类型。
“控制系统的数学模型”重点是动态微分方程的建立，传递函数求解，系统动态结构图变换。
“线性连续系统的时域分析”重点是自动控制系统的暂态过程分析，代数稳定判据，稳态误差求解，根轨迹的绘制，用根轨迹法分析系统的性能。
“线性连续系统的频域分析”重点是频率特性的绘制，频率特性与系统时域指标之间的关系，频域指标，Nyquist判据。
自动控制原理实验报告(实验一,二,三)分析
自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析线性系统的频域分析线性系统的校正与状态反馈班级：学号：姓名：指导老师：2013 年12 月15日典型环节的模拟研究一. 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二．实验内容及步骤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.。
改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
具体用法参见用户手册中的示波器部分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图3-1-1所示。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：01(S)(S)(S)R R K KU U G i O === ； 单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中矩形波’（矩形波指示灯亮）。
② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。
③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V （D1单元‘右显示）。
（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（3）运行、观察、记录：打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），观测A5B 输出端（Uo ）的实际响应曲线。
自动控制原理实验报告,DOC
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。
PC三．1.2.3.4.5.6.一12二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化接方式，可分为：串馈回路之内采用的校测点之后和放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校正前：校正后：校正前：校正后：12PC（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。
2．线性系统的频率特性系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比Φ（jω）和相位差∠Φ（jω）随角频率(ω由0变到∞)变化的特性。
而幅值比Φ（jω）和相位差∠Φ（jω）恰好是函数Φ（jω）的模和幅角。
所以只要把系统的传递函数Φ（s），令s=jω，即可得到Φ（jω）。
我们把Φ（jω）称为系统的频率特性或频率传递函数。
当ω由0到∞变化时，Φ（jω）随频率ω的变化特性成为幅频特性，∠Φ（jω）随频率ω的变化特性称为相频特性。
幅频特性和相频特性结合在一起时称为频率特性。
3．频率特性的表达式(1)(2)(3)幅值不易测量，可将其构成闭环负反馈稳定系统后，通过测量信号源、反馈信号、误差信号的关系，从而推导出对象的开环频率特性。
自控研究性学习
Ri = R f = 1M , C f = 0.01µ ( k = 1, T = 0.01s ) 阶跃响应
>> s=tf(-1,[1 0.01]) Transfer function: -1 -------s + 0.01 >> step(s) >> impulse(s)
脉冲响应 >> step(s) >> s=tf(-1,[1 0.01 0]) Transfer function: -1 -----------s^2 + 0.01 s >> step(s)
阶跃比较
1 3
2
由图知：改变初始系数 条件后，图2,3较图1纵 坐标缩小一倍,图1,3较 图2输出数值较大一些。
脉冲比较 脉冲比较
1 3
2
由图得知：改变初始系 数条件后，输出纵标的 值依次缩小一倍.
斜坡比较
1 3
2
由图得知：改变初 始系数条件后，2,3 图较1图纵坐标缩小 一倍，且1，3图纵 标数值较2图大些。
5.11 >> num=[-3,-0.188,-1]; >> den=[0.008836,0.188,0]; >> step(num,den); 5.12 >> num=[-3,-0.188,-1]; >> den=[0.008836,0.188,0]; >> impulse(num,den); 5.13 >> num=[-3,-0.188,-1]; >> den=[0.008836,0.188,0,0]; >> step(num,den);
阶跃响应 Ri=1M Ci=1µ Ti=1s