自动控制原理第一次试验

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。

⾃动控制原理实验报告实验名称：实验⼀控制系统建模的Matlab ⽅法实验时间：实验地点：实验⽬的：1.了解Matlab 软件的基本使⽤⽅法 2.掌握常⽤的系统建模命令实验内容：1.⽤Matlab 描述6852)(232++++=s ss ss G⽅法⼀： fenzi=[1 0 2]; fenmu=[1 5 8 6]; g=tf(fenzi,fenmu) ⽅法⼆：g=tf([1 0 2],[1 5 8 6])2.已知某系统的传递函数为6852)(23++++=s ss s s G ，绘制系统的零极点分布图。

运⾏程序并记录结果。

num=[1 2]; den=[1 5 8 6];[z,p,k]=tf2zp(num,den) pzmap(p,z) 3.已知441)(221+++=s ss s G ，61)(2+=s s G ，101)(++=s s s H ，求化简结果。

g1=tf([1 0 1],[1 4 4]); g2=tf([1],[1 6]); sys1=series(g1,g2)sys2=parallel(g1,g2)h=tf([1 1],[1 10]); sys3=feedback(sys1,h)实验名称：实验⼆线性系统时域分析的Matlab ⽅法实验时间：实验地点：实验⽬的：1.掌握线性系统时域分析的常⽤命令 2.能编程实现系统时域分析3.进⼀步熟悉Matlab 软件的使⽤实验内容：1.已知系统的特征⽅程为05432234=++++s s s s ，求系统特征根 p=[1 2 3 4 5]; r=roots(p)2.某⼆阶系统的闭环传递函数为222)(nn nw s w sw s G ++=ξ，其中s rad w n /5=，编程实现不同阻尼⽐情况下⼆阶系统单位阶跃响应的仿真。

写出对语句的注释。

fenzi=[25]; k1=-0.5; k2=0; k3=0.7; k4=1.0; k5=1.2; fenmu1=[1 2*k1*5 25]; fenmu2=[1 2*k2*5 25]; fenmu3=[1 2*k3*5 25]; fenmu4=[1 2*k4*5 25]; fenmu5=[1 2*k5*5 25];t=0:0.1:10;c1=step(fenzi,fenmu1,t); c2=step(fenzi,fenmu2,t); c3=step(fenzi,fenmu3,t); c4=step(fenzi,fenmu4,t); c5=step(fenzi,fenmu5,t); figure plot(t,c1)title('阻尼⽐-0.5') gridfigure plot(t,c2)title('阻尼⽐0')gridfigureplot(t,c3,t,c4,t,c5); xlabel('时间') ylabel('输出') grid实验名称：实验三线性系统根轨迹分析的Matlab ⽅法实验时间：实验地点：实验⽬的：1.掌握线性系统根轨迹分析的Matlab ⽅法 2.能编程绘制已知系统的根轨迹 3.掌握分析仿真结果的⽅法实验内容：1.已知单位负反馈系统的开环传递函数为)15.0)(12.0()(1++=s s s Ks G ，)12()1()(2++=s s s K s G，)3)(2()5()(1+++=s s s s K s G ，分别编程绘制系统根轨迹，并记录仿真结果。

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。

实验一 典型环节的模拟研究一、实验目的：1． 了解并掌握XG2003自控理论教学实验系统模拟电路的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。

2． 熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。

3． 了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、实验要求：1． 观测各种典型环节的阶跃响应曲线。

2． 观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响。

三、实验仪器：1． XG2003教学实验板 一台 2． 示波器一台 3． 万用表一块四、实验原理和电路：本实验是利用运算放大器的基本特性（开环增益高、输入阻抗大、输出阻抗小等），设置不同的反馈网络来模拟各种典型环节。

典型环节块图及其模拟电路如下：1．比例（P ）环节。

其方块图如图1-1A 所示。

图1-1B 比例环节模拟电路比例环节的模拟电路如图1—1B 所示，其传递函数为1)()(R R s Ui s Uo = (1-2)比较式(1-1)和(1-2)得 K = R1/R0 (1-3)当输入为单位阶跃信号时，即)()(t l t U i = 时，SS U i 1)(=则由式(1-1)得 SKS U 1)(0= ， 所以输出响应为 K t U =)(0 (t ≥0) (1-4) 其输出方波如图1-1C 。

2．积输分（I ）环节。

其方块图如图1—2A 所示。

图1-1C 比例环节输出波形图 图1-2A 积分环节方块图 其传递函数为TSs Ui s Uo 1)()(=(1-5) 积分环节的模拟电路如图1—2B 所示。

图1-2B 积分环节模拟电路 积分环节模拟电路的传递函数为RoCSs Ui s Uo 1)()(=(1-6) 比较式(1-5)和(1-6)得C R T 0= 当输入为单位阶跃信号，即)()(t l t U i =时，S S U i 1)(=，则由式(1-5)得到TS S U 1)(0=·S 1=21TS 所以输出响应为：t T t U 1)(0=其输出波形如图1-2C 所示。

WORD格式上海电力学院实验报告自动控制原理实验课程班级：2008232姓名：吴旭东学号：20083435一、PID 控制器PID 控制器（比例- 积分- 微分控制器），由比例单元P、积分单元 I 和微分单元 D 组成。

通过 Kp，Ki 和Kd三个参数的设定。

PID 控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。

PID 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。

这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。

和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。

可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个 PID 反馈回路却可以保持系统的稳定。

二、用 simulink 对PID 控制器应建模用 simulink 对 PID 控制器建模(P57) ，通过仿真分析各个典型环节响应的特点；并试利用几种典型环节构成一个具有如图所示的阶跃响应特性的系统。

理论方法分析：Scope：理想微分环节。

阶跃响应曲线为脉冲函数。

Scope1：积分环节。

输出信号随着时间T，成固定的比例增加。

Scope2：一阶惯性环节。

输出信号随着时间T 增加，使输出信号趋近于一定值。

Scope3：振荡环节。

一个衰减的振荡过程，使输出信号趋近与一个值。

Scope4：延迟环节。

输出信号与输入信号形状相同，只是迟延了一段时间。

Scope5：比例环节。

输入与输出信号是阶跃函数，不存在惯性。

Scope6：实际微分。

刚开始为阶跃函数，之后输出函数趋近于0。

三、实验设计与实现先用simulink 画出题目所示的图1，断开 Transfer Fcn 、Transfer Fcn1和Sum1的连接如图2，得 Scope 的图 3，再根据根据PID 控制器控制性能达到最优，不断的调整Gain 的值控制 Scope 图中的比值，即第一次峰值减去稳定值的值和第二次峰值减去稳定值的值之比为4:1 ，过程如图 4，得 Scope 的图 5 和 Gain 的值是 58。

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。

成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院机械工程及自动化学院专业方向机械工程及自动化班级学号学生姓名刘帆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2014年11月15日 实验编号 同组同学 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 时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间T s 。

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T s 。

三、实验原理1、一阶系统阶跃响应性能指标的测试系统的传递函数为:()s ()1C s KR s Ts φ=+（）= 模拟运算电路如下图 :其中21R K R =,2T R C =;在实验中，始终保持21,R R =即1K =，通过调节2R 和C 的不同取值，使得T 的值分别为0.2,0.51,1.0。

记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中取正负5%误差带，按照经验公式取3s t T =2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试系统传递函数为：令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图：二阶系统的模拟电路图如下： 在实验过程中，取22321,1R C R C ==，则442312R R C R ζ==，即4212R C ζ=；在实验当中取123121,1R R R M C C F μ===Ω==，通过调整4R 取不同的值，使得ζ分别为0.25,0.5,0.707,1；记录所测得的实验数据以及其性能指标，取正负5%误差带，其中当ζ<1时经验公式为21 3.5%100%,s net ζσζω--=⨯=，当ζ=1时经验公式为n 4.75ts ω=四、试验设备：1、HHMN-1型电子模拟机一台。

2、PC 机一台。

电气与电子信息工程学院《自动控制技术》实训报告名称：自动控制技术实训专业名称：电气自动化技术班级：电气自动化2015（1）班学号： 201530220109姓名：刘华指导教师：皮大能、毛玲设计时间：2017年12月18日—2017年12月29日设计地点： K2-314实验室目录实训一典型环节及其阶跃响应 (4)1、实训目的 (4)2、实训仪器 (4)3、实训原理 (4)4、实训内容 (5)5、实训步骤 (6)实训二二阶系统阶跃响应 (12)1、实训目的 (12)2、实训仪器 (12)3、实训原理 (12)4、实训内容 (12)5、实训步骤 (14)6、测试数据、表格 (14)实训三控制系统的稳定性分析 (16)1、实训目的 (16)2、实训仪器 (16)3、实训原理 (16)4、实训内容 (17)5、实训步骤 (17)6、测试数据、曲线 (18)实训四系统频率特性测量 (21)1、实训目的 (21)2、实训仪器 (21)3、实训原理 (21)4、实训内容 (23)5、实训步骤 (24)实训五数字PID控制 (27)1、实训目的 (27)2、实训仪器 (27)3、实训内容 (27)4、实训步骤 (28)5、测试结果及数据分析 (31)实训六采样定理 (33)1实验目的 (33)2实验仪器 (33)3 实验内容 (33)4 实验步骤及波形图 (34)实训七数据采集 (37)1实验目的 (37)2实验仪器 (37)3 实验原理 (37)4 实验内容及波形图 (37)实训八离散系统稳定性分析 (39)1实验目的 (39)2 实验内容 (39)3 实验步骤 (40)实训一典型环节及其阶跃响应1、实训目的1.掌握控制模拟实训的基本原理和一般方法。

2.掌握控制系统时域性能指标的测量方法。

2、实训仪器1.EL-AT-III型自动控制系统实训箱一台2.计算机一台3、实训原理1．模拟实训的基本原理：控制系统模拟实训采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运输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。

⾃动控制原理实验实验⼀典型系统动态性能和稳定性分析⼀．实验⽬的1．学习和掌握动态性能指标的测试⽅法。

2．研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。

⼆．实验内容观测⼆阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。

三．实验步骤1．熟悉实验箱，利⽤实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.1.1和图2.1.2，设计并连接由⼀个积分环节和⼀个惯性环节组成的⼆阶闭环系统的模拟电路（如⽤U9、U15、U11和U8连成）。

注意实验接线前必须对运放仔细调零（出⼚已调好，⽆需调节）。

信号输出采⽤U3单元的O1、信号检测采⽤U3单元的I1、锁零接U3单元的G1。

2．利⽤实验设备观测该⼆阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。

3．改变该⼆阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响。

4．分析实验结果，完成实验报告。

软件界⾯上的操作步骤如下：①按通道接线情况:通过上位机界⾯中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端⼝,选择D/A通道的O1（“测试信号1”）作为被测对象的信号发⽣端⼝.不同的通道,图形显⽰控件中波形的颜⾊将不同。

②硬件接线完毕后,检查USB⼝通讯连线和实验箱电源后，运⾏上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。

③进⼊实验模式后，先对显⽰模式进⾏设置：选择“X-t模式”；选择“T/DIV”为1s/1HZ。

④完成上述实验设置，然后设置实验参数，在界⾯的右边可以设置系统测试信号参数，选择“测试信号”为“周期阶跃信号”，选择“占空⽐”为50%，选择“T/DIV ”为“1000ms ”，选择“幅值”为“3V ”，可以根据实验需要调整幅值，以得到较好的实验曲线，将“偏移”设为“0”。

以上除必须选择“周期阶跃信号”外，其余的选择都不是唯⼀的。

要特别注意，除单个⽐例环节外，对其它环节和系统都必须考虑环节或系统的时间常数，如仍选择“输⼊波形占空⽐”为50%，那么“T/DIV ”⾄少是环节或系统中最⼤时间常数的6～8倍。