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自控实验报告三

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自动控制原理实验 36022521 刘海威
- - 1
实验三 控制系统串联校正
一、实验目的
1、
了解和掌握串联校正的分析和设计方法。

2、研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

二、实验内容

1、设计串联超前校正，并验证。
2、设计串联滞后校正，并验证。

三、实验原理

1、系统结构图：

D/A

其中)(sGc作为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机
实现。
2、系统模拟电路：

3、未加校正时)(sGc=1
4、加串联超前校正时)(sGc=11TsaTs (a>1)。

)(sG
c
1/S

4/(1+s)
R

PC
A/D

D/A
自动控制原理实验 36022521 刘海威

- - 2
给定a=2.44,T=0.26,则)(sGc=126.0163.0ss
5、加串联滞后校正时)(sGc=11TsbTs (0给定b=0.12,T=83.33则)(sGc=133.83110ss
四、图形记录及结果分析
1、未校正时的时域响应和波特图
(1)时域响应


st=4.55s，pM=29.76%

系统结构图中，)(sGc=1，可得，此时系统的开环传递函数
2
144
()1cGsssss



(2)频域响应

由开环传递函数，经Matlab仿真可得波特图.
求解波特图函数(centre)：
w=logspace(-1,1,200);
Num=[ ];
Den=[ ];
G=tf(Num,Den);
[x,y,w]=bode(G,w);
margin(x,y,W)
运行时：
Num:4
自动控制原理实验 36022521 刘海威
- - 3
Den:1 1 0
得图如下：

可知，c=1.89rad/s，=180°-152°=28°
2、串联超前校正时的时域响应和波特图
(1)时域响应

s
t
=1.95s，pM=20.73%
自动控制原理实验 36022521 刘海威

- - 4
系统结构图中，)(sGc=126.0163.0126.0126.044.211ssssTsaTs，可得，此时系统的开环
传递函数为

32
142.524()10.261.26csGssssss




(2)频域响应

运行函数centre时：
Num:2.52 4
Den: 0.26 1.26 1 0
得图如下：

由图可知，c=2.38rad/s，=180°-133°=47°
3、串联滞后校正环节的时域响应和波特图
(1)时域响应
自动控制原理实验 36022521 刘海威

- - 5
s
t
=12.32s，pM=12.56%
系统结构图中，)(sGc=133.83110133.83133.8312.011ssssTsbTs，可得，此时系统的开
环传递函数。

32
14404()183.3384.33csGssssss




(2)频域响应

运行函数centre时:
Num:40 4
Den:83.33 84.33 1 0
得图如下：
自动控制原理实验 36022521 刘海威

- - 6
可知，c=0.45rad/s，=180°-125°=55°
4、结果分析
1、
对比未校正与串联超前校正数据可见，串联超前校正后，系统的调整时间ts由4.55s

减小到1.95s, 系统的快速性加强了；但是系统超调量Mp由29.76%减小到20.73%, 相位裕
度r由28°增大到48°，截止频率Wc由1.87rad/s增大到2.38rad/s，系统稳定度增加,
但抑制高频干扰的能力降低了。
2、
对比未校正与串联滞后校正数据可见，串联滞后校正后，系统的调整时间ts由4.55s

增大到12.32s, 系统的快速性减弱了;但是系统超调量Mp由29.76%减小到12.56%, 相位裕
度r由28°增大到55°，截止频率Wc由1.89rad/s减小到0.45rad/s，系统稳定度,抑制
高频干扰的能力增强了。
3、
对比串联超前校正与串联滞后校正数据可见，串联滞后校正后，系统的调整时间

ts由1.95s上升到12.84s, 系统的快速性明显减弱了;但是系统超调量Mp由20.73%减小到
12.56%, 相位裕度r由47°增大到55°，截止频率Wc由2.38rad/s减小到0.45rad/s，系
统稳定度,抑制高频干扰的能力都增强了。
综上，对系统进行串联超前或滞后校正都能改善系统某些性能，但也都会带来一些负
面影响。因此，实际工作要视具体情况而定.需要提高快速性选择超前校正；需要提高抑制
高频干扰能力则选择滞后校正。两种校正都能提高系统稳定度。

五、误差分析

在理论分析中，电阻值、电容值都是理想值，不随时间、温度等因素变化;在实际系统
中则会有一些改变，会带来误差。实验中用到的电阻、电容的实际值与标称值有一定误差。
实验中，ts、Mp、Wc、r这些数据的测量会带来测量误差。在将模拟量转化为数字量的过程
中会有误差,即A/D D/A误差。外界的噪声，人员走动，导线接触不好等也会对实验有所影
响。但是这些误差都在允许的范围之内，所以不影响得出正确的实验结果。

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《自动控制原理》典型环节的时域响应实验报告

《自动控制原理》典型环节的时域响应实验报告

Td脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。
(4)模拟电路图：如图1.1-10所示。
图1.1-10
6.比例积分微分环节(PID)
(1)方框图：如图1.1-11所示。
图1.1-11
(2)传递函数：0(()) =+ 1+
(3)阶跃响应：() =+ 1+()，
其中=01,=01，=1220，()为单位脉冲函数。
(4)模拟电路图：如图1.1-12所示。
图1.1-12
三、主要仪器设备
计算机1台，MATLAB软件
四、操作方法与实验步骤
1、在Simulink中分别按照各典型环节的框图构建各环节，观察仿真波形，对于同一个典型环节：改变s的系数，比较仿真波形，分析波形特点；对于不同的典型环节：对比s具有相同系数时的仿真波形。
4、了解参数变化对典型环节动态特性的影响，掌握各典型环节的工作特点。
二、实验内容和原理
典型环节分别有比例、积分、微分、惯性、比例积分、比例微分、比例积分微分等环节，在不同输入信号下将会有不同的输出响应，呈现出不同的工作特点，其方框图、传递函数、模拟电路等如下所示：
1、比例环节(P)
(1)方框图：如图1.1-1所示。
2、检查搭接电路，确保电路无误；将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。开启设备电源；将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频旋钮，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。
3、将调整好的方波信号（替代阶跃信号）加至典型环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”分别测量模拟电路的输入Ui端和输出U0端，观测输出端的实际响应曲线U0(t)，记录实验波形及结果。
电力拖动自动控制系统实验报告

电力拖动自动控制系统实验报告

电⼒拖动⾃动控制系统实验报告电⼒拖动⾃动控制系统实验实验⼀转速反馈控制直流调速系统的仿真⼀、实验⽬的1、了解MATLAB下SIMULINK软件的操作环境和使⽤⽅法。

2、对转速反馈控制直流调速系统进⾏仿真和参数的调整。

⼆、转速反馈控制直流调速系统仿真根据课本的操作步骤可得到如下的仿真框图：图 1 仿真框图1、运⾏仿真模型结果如下：图2 电枢电流随时间变化的规律图3 电机转速随时间变化的规律2、调节参数Kp=0.25 1/τ=3 系统转速的响应⽆超调但调节时间长3、调节参数Kp=0.8 1/τ=15 系统转速的响应的超调较⼤，但快速性较好实验⼩结通过本次实验初步了解了MATLAB下SIMULINK的基本功能，对仿真图的建⽴了解了相关模块的作⽤和参数设置。

并可将其⽅法推⼴到其他类型控制系统的仿真中。

实验⼆转速、电流反馈控制直流调速系统仿真⼀、实验⽬的及内容了解使⽤调节器的⼯程设计⽅法，是设计⽅法规范化，⼤⼤减少⼯作计算量，但⼯程设计是在⼀定近似条件下得到的，⽤MATLAB仿真可根据仿真结果对设计参数进⾏必要的修正和调整。

转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应⽤最⼴泛的直流调速系统，对于需要快速正、反转运⾏的调速系统，缩短起动、制动过程的时间成为提⾼⽣产效率的关键。

为了使转速和电流两种负反馈分别起作⽤，可在系统⾥设置两个调节器，组成串级控制。

⼀、双闭环直流调速系统两个调节器的作⽤1)转速调节器的作⽤（1）使转速n跟随给定电压*mU变化，当偏差电压为零时，实现稳态⽆静差。

（2）对负载变化起抗扰作⽤。

（3）其输出限幅值决定允许的最⼤电流。

2)电流调节器的作⽤（1）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压*iU变化。

（2）对电⽹电压波动起及时抗扰作⽤。

（3）起动时保证获得允许的最⼤电流，使系统获得最⼤加速度起动。

（4）当电机过载甚⾄于堵转时，限制电枢电流的最⼤值，从⽽起⼤快速的安全保护作⽤。

当故障消失时，系统能够⾃动恢复正常。

《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

《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。

重庆大学自控原理课程设计实验报告

重庆大学自控原理课程设计实验报告

6、Katsuhiko Ogata.现代控制工程.北京：电子工业出版社，2003
课程设计的工作计划：
1、布置课程设计任务；消化课程设计内容，查阅并参考相关资料，进行初步设计（3天）；
2、按课程设计的要求进行详细设计（3天）；
3、进行实时控制实验，并按课程设计的规范要求撰写设计报告（3天）；
4、课程设计答辩，实时控制验证（1天）。
7、完成课程设计报告。
参考资料：
1、固高科技有限公司.直线倒立摆安装与使用手册R1.0，2005
2、固高科技有限公司.固高MATLAB实时控制软件用户手册，2005
3、Matlab/Simulink相关资料
4、谢昭莉，李良筑，杨欣.自动控制原理（上）.北京：机械工业出版社，2012
5、胡寿松.自动控制原理（第五版）.北京：科学出版社，2007
学习态度尚可，动手能力一般，能遵守组பைடு நூலகம்纪律，能按期完成任务
学习马虎，纪律涣散，动手能力较差，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度
报告技术水平与撰写质量
50
设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信。报告结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，图纸非常工整、清晰
任务下达日期2015年12月29日
完成日期2016年12月30日
指导教师（签名）
学生（签名）
摘要
通过对一级倒立摆系统进行数学建模，得到摆杆角度和小车加速度之间的传递函数：
首先从时域角度着手，分析直线一级倒立摆的开环单位阶跃响应和单位脉冲响应，得出该系统的开环响应是发散的这一结论。
利用根轨迹分析法，并借助Matlab一级其中的Simulink仿真系统辅助分析。通过加入超前校正校正环节，得到系统的校正函数，并且校正后的系统满足课设的要求，即最大超调量： ，调整时间： 。同样，利用频域分析法也得到校正环节的传递函数。对系统进行校正系统的静态位置误差函数常数为10，相位裕量为 ，增益裕量等于或大于 。最后利用PID控制器设计出校正函数，并且也满足最大超调量： ，调节时间： 。