《自动控制原理》实验报告
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学号：
班级：11电气1班
专业：电气工程及其自动化
学院：电气与信息工程学院
2013年12月
目录
实验一典型环节的模拟研究 (2)
实验二二阶系统的阶跃响应分析 (13)
实验三线性系统的稳态误差分析 (18)
实验四线性系统的频率响应分析 (25)
实验一典型环节的时域响应
一、实验目的
1．掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握 TD-ACC+设备的使用方法。 2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验设备
PC 机一台，TD-ACC+系列教学实验系统一套。
三、实验原理
1．比例环节（P )
( l ）方框图：
图 1-1
( 2 ）传递函数：Uo ( S )/Ui ( S ) = K
( 3 ）阶跃响应：Uo ( t ) = K (t ≥0）其中 K = R1／R0
( 4 ）模拟电路图：
图 1-2
( 5 ）理想与实际阶跃响应对照曲线
① 取 RO = 200K ; R1 = 100K
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
② 取 RO = 200K ; R1 = 200K
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
2. 积分环节(I)
（ l ) 方框图：
图 1-3
( 2 ）传递函数：
( 3 ）阶跃响应：Uo ( t ) =t/T ( t≥0 ）其中 T ＝RoC
( 4 ）模拟电路图：
图 1-4
( 5 ）理想与实际阶跃响应曲线对照
①取 RO = 200K ; C = 1uF
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
② 取 RO = 200K ; C = 2uF 。
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
3. 比例积分环节( PI )
（ 1 ）方框图：
图 1-5
( 2 ）传递函数：Uo ( S )/Ui ( S ) = K + 1/TS
( 3 ）阶跃响应：Uo ( t ) = K + t/T ( t ≥0 ）其中K = R1／Ro；T ＝RoC ( 4 ）模拟电路图：
图 1-6
( 5 ）理想与实际阶跃响应曲线对照
① 取 RO = R1 = 200K ; C = 1 uF
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
② 取 RO = R1 = 200K ; C = 2uF
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
4. 惯性环节（T )
（ 1 ）方框图：
图 1-7
( 2 ）传递函数：Uo ( S )/Ui ( S ) = K/TS + l ( 3 ）模拟电路图：
图 1-8
( 4 ）阶跃响应：Uo ( t ) = K ( l –e-t/T），其中K = R
1/Ro ，T = R
1
C 。
( 5 ）理想与实际阶跃响应曲线对照
①取 RO = R1 = 200K ; C = 1uF
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
②取 Ro = R1 = 200K ; C = 2uF
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
5 ．比例微分环节（PD )
( l ）方框图：
图 1-9
( 2 ）传递函数：Uo ( S )/Ui ( S ) = K ( 1 + TS )
( 3 ）阶跃响应：Uo ( t ) = KTδ( t ) + K
其中 K =（R1 + R2）/Ro ，T = C R1R2/（Rl + R2），δ（t) 为单位脉冲函数，这是一个面积为 t 的脉冲函数，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：
图 1-10
( 5 ）理想与实际阶跃响应曲线对照
①取 RO = R2 = 100K , R3 = 10K , C = luF ; Rl = 100K
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
② 取 RO = R2 = 100K , R3 = 1OK , C = 1uF ; R1 = 2OOK
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
6 ．比例积分微分环节（PID )
( l ）方框图
图 1-11
+ 1/TiS + Td S
( 2 ）传递函数：Uo ( S )/Ui ( S ) = K
P
( 3 ）阶跃响应：Uo ( t ) = Tdδ（t) + Kp + t/Ti
其中δ( t ）为单位脉冲函数，Kp = R1/R0；Ti = R0C1 ；Td = R1R2C2／R0
( 4 ）模拟电路图：
图 1-12
( 5 ）理想与实际阶跃响应曲线对照
① 取 R2 = R3 = 10K , RO = 100K , C1 = C2 = luF ; R1 = 100K
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
② 取 R2 = R3 = 10K , RO = 100K , C1 = C2 = luF ; R1 = 200K 。
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线
四、实验步骤
1. 按 1.1.3 节中所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。
2. 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。将开关分别设在“方波”档和“500ms～12s”档，调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为 1V，周期为 10s 左右。
3. 将 2 中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入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。
4. 改变几组参数，重新观测结果。
5. 用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分微分环节的模拟电路图。观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。
五、实验数据及数据曲线
1. 比例环节（ P )
取 RO = 200K ; R1 = 100K
取 RO = 200K ; C = 1uF
3. 比例积分环节( PI )
取 RO = R1 = 200K ; C = 1 uF
取 RO = R1 = 200K ; C = 1uF
5 ．比例微分环节（PD )
取 RO = R2 = 100K , R3 = 10K , C = luF ; Rl = 100K
6 ．比例积分微分环节（PID )
取 R2 = R3 = 10K , RO = 100K , C1 = C2 = luF ; R1 = 100K
实验二典型系统的时域响应和稳定性分析一、实验目的
1．研究二阶系统的特征参量（ξ、ωn）对过渡过程的影响。
2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性二、实验设备
PC 机一台，TD 一 ACC+系列教学实验系统一套。
三、实验原理
1．典型的二阶系统稳定性分析
( l ）结构框图：
图2-1
( 2 ）对应的模拟电路图
图2-2
( 3 ）理论分析：
系统开环传递函数为：G ( S ) = K1/T
0S（T
1
S + 1 ) ;开环增益K=K1/T0
( 4 ）实验内容：
先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻 R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。
在此实验中：T
0=1s,T
1
=0.2s,K
1
=200/R,K=200/R
系统闭环传递函数为：W ( S ) =ω2n/（S2+2ξωnS+ω2n）=K/（S2+5S+K）
其中自然振荡角频率：ωn=（K/T
1
）1/2= 10（10/R）1/2；
阻尼比：ξ=5/2ωn=（10R）1/2/40
四、实验步骤
1．准备：将信号源单元的 ST 插针和“+ 5V ”插针用“短路块”短接，使运算放大器反馈网络的场效应管夹断，无锁零控制作用
2．阶跃信号的产生：见实验 1 . 1 中的阶跃信号的产生。将阶跃信号加至输入端，调节单次阶跃单元中的电位器，按动按钮，用示波器观察阶跃信号，使其幅值为 1V 左右。
3．典型二阶系统瞬态性能指标的测试
( l ）按模拟电路图接线，将阶跃信号接至输入端，取R = 10K 。
( 2 ）用示波器观察系统阶跃响应C ( t ) ，测量并记录超调MP 、峰值时间tP与和调节时间ts 。
( 3 ）分别按R = 20K ; 40K ; 100K ；改变系统开环增益，观察相应的阶跃响应C ( t ) ，测量并记录性能指标MP 、tp 和ts ，及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较（实验前必须按公式计算出）。
并将实验结果填入表2-2中，表2-1已填入了一组参考测量值，可供对比用。
表2-1
五、 实验数据及图像
1、R=10K 时，图像如下图示：
10 50
160 200
20 4
10
1.4
1 44 43.4 0.3
2 0.328 1.6 1.472 2√5 √5/4 1.1
1
11
10.3 0.85
0.864 1.744 1.25 1
√5 2.5
1
无 1 无 无
√5/2
无 0
1 无
无 2.9 1.9
2.32
3.46
?
1.6
衰
减
震
荡 单 调指数
单调指数
3、R=160K时，图像如下图示：
实验三 线性定常系统的稳态误差
一、实验目的
1. 通过本实验，理解系统的跟踪误差与其结构、参数与输入信号的形式、幅值大小之间的关系；
2. 研究系统的开环增益K 对稳态误差的影响。
二、实验设备
PC 机一台，TD-ACC+系列教学实验系统一套。
三、实验内容
1. 观测0型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差；
2. 观测I 型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差；
四、实验原理
通常控制系统的方框图如图3-1所示。其中G(S)为系统前向通道的传递函数，H(S)为其反馈通道的传递函数。
图3-1
由图3-1求得
)()
()(11
)(S R S H S G S E +=
（1）
由上式可知，系统的误差E(S)不仅与其结构和参数有关，而且也与输入信号R(S)的形式和大小有关。如果系统稳定，且误差的终值存在，则可用下列的终值定理求取系统的稳态误差：
)(lim 0
S SE e s ss →=
（2）
本实验就是研究系统的稳态误差与上述因素间的关系。下面叙述0型、I 型、对两种不同输入信号所产生的稳态误差ss e 。
1．0型二阶系统
设0型二阶系统的方框图如图3-2所示。根据式（2），可以计算出该系统对阶跃和斜坡输入时的稳态误差：
图3-2 0型二阶系统的方框图
1）单位阶跃输入（s
S R 1)(=
）
3
1
12)1.01)(2.01()1.01)(2.01(lim 0
=?+++++?
=→S S S S S S e S ss
2）单位斜坡输入（21)(s
S R =
） ∞=?+++++?
=→20
1
2)1.01)(2.01()1.01)(2.01(lim S
S S S S S e S ss
上述结果表明0型系统只能跟踪阶跃输入，但有稳态误差存在，其计算公式为：
P
ss K R e +=
10
其中)()(lim 0
S S H S G K p →?，R 0为阶跃信号的幅值。其理论曲线如图3-3(a)和图3-3(b)所 示。
图3-3(a) 图3-3(b)
2．I 型二阶系统
设图3-4为I 型二阶系统的方框图。
图3-4
1）单位阶跃输入
S
S S S S S R S G S E 1
10)1.01()1.01()()(11)(?+++=+=
01
10)1.01()1.01(lim 0=?+++?=→S S S S S S e S ss
2）单位斜坡输入
1.01
10)1.01()1.01(lim 20
=?+++?
=→S
S S S S S e S ss
这表明I 型系统的输出信号完全能跟踪阶跃输入信号，在稳态时其误差为零。对于单位斜坡信号输入，该系统的输出也能跟踪输入信号的变化，且在稳态时两者的速度相等（即1.
.
==o r u u ），但有位置误差存在，其值为
V
O
K V ，
液位自动控制装置 摘要 本系统采用分布式微机控制系统，通过测量传感器的信号频率来获取液面高度。系统采用主从式结构，主站和从站都采用以“8051系列单片机+电容式液面高度传感器”模式。并通过电磁阀来调整液面高度，构成了一个闭环控制系统。可通过键盘设定所需液面高度，范围为0～25cm，误差不超过±0.3 cm。并可实时显示当前液位高度和瓶内液体重量以及阀门状态。当液面超过25cm或液位低于2cm时，可进行声光报警。 主从站之间通过RS232C总线构成串行通讯星型网络。主站可对8个从站进行定点或巡回监测，查询各从站的实时状态，并可显示其从站传输过来的从站号和液位讯息，并可控制从站液位。并且在巡回检测时，主站能任意设定要查询的从站数量、从站号和各从站的液位讯息。当收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相应的从站号，可自动调整从站液位为20cm。从站能够输出从站号、液位讯息和报警信号，并且能对主站设定的液位控制信息相应。 该系统布局合理，运行平稳，控制精度较高，完全达到了题目基本部分的要求，并基本实现了发挥部分要求。 一、总体方案的设计 1、主站的整体设计： 以单片机为控制核心，通过液位传感器实时获取储液瓶B的液面高度，并通过显示器实时显示液面高度、重量。当键盘有输入时，单片机根据键盘输入的功能要求，单片机通过控制电磁阀1、2来提升或降低液面高度达到设定值，根据题意整体规划主站的系统如图（1） 图（1） 2、主站和从站整体设计 主从站之间通过RS232C总线构成串行通讯网络，主站定期查询液面信息，并对液面信息进行控制。
图（2） 二、系统模块的确定和设计 分析题目要求，系统为一个主从式测控系统。由通讯网络把主站和多个从站连成一个系统。通讯网络可采用RS232C 等接口组成。液位监测与控制装置的功能可有多种方案实现，但一般都都由控制单元、执行机构和检测单元单元三部分组成。 下面具体论述一下液位监测与控制装置的各个部分模块的方案确定和设计。 1、检测元件的选择 （1）传感器的选择 检测液面高度有多种元件可选，如超声波传感器和电容传感器等。 方案—：使用超声波传感器。超声波具有不受被测液体的浓度和导电性能影响的特性，因此精度比较高，但价格比较贵。 方案二：使用电容式传感器。电容式传感器在测量高频信号时，精度较高。但要求液位 变化速度较为缓慢，而且距离不能太远，本题采用的进出水管较细，进出水速度合适，由于只要求测量范围最大为0～25cm ，距离较小，此传感器正好符合条件，而且该传感器比较经济，考虑到液体流速和测量范围、精度以及价格，故从实用性和经济性角度考虑选择电容式传感器。 我们选择第二种方案，由于采用了电容式传感器，所以我们需要对电容信号进行采集。 （2）电容信号采集方案的选择和设计 方案—：将电容信号转换为电压信号。由于输出电压信号比较微弱，采用该方案时，采集信号的灵敏度不高，误差一般较大，难以控制，而且电压信号要通过A/D 转换后才能被单片机处理，比较复杂。原理图如图（3）所示： 图（3） 方案二：将电容信号转换为频率信号。压感电容传感器对由液面高度变化引起的水压变化的检测灵敏比较高，对由于液位高度的变化而引起的水压的微小变化，通过传感器中的压控电容的变化，得到的输出的信号的频率变化非常明显。我们通过采集信号的频率就能得出对应的液位的高度，从而通过控制单片机，来进行设置所对应的液面的频率就能对所要求的高度进行任意控制，这样的系统能满足题目所要求的基本要求。 综合考虑我们选择第二个方案，接着我们需要考虑如何将电容信号转换为频率信号。 （3）电容信号处理方案
《自动控制原理》 实验报告 姓名： 学号： 专业： 班级： 时段： 成绩： 工学院自动化系
实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的 1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理 1．比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G 200,1002)(211 212==-=-=- = 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。 三、实验内容 按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ； ② 惯性环节11)(1+= s s G 和1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1 ⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G ⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+= 四、实验结果及分析 图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形
① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节
本科生实验报告 实验课程自动控制原理 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 学生XX 学生学号2013 指导教师 实验地点6C901 实验成绩 二〇一五年四月——二〇一五年五月
线性系统的时域分析 实验一（3.1.1）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．典型环节的结构图及传递函数 方 框 图 传递函数 比例 （P ） K (S) U (S) U (S)G i O == 积分 （I ） TS 1(S)U (S)U (S)G i O = = 比例积分 （PI ） )TS 11(K (S)U (S)U (S)G i O +== 比例微分 （PD ） )TS 1(K (S) U (S) U (S)G i O +== 惯性环节 （T ） TS 1K (S)U (S)U (S)G i O += = 比例积分微分（PID ） S T K S T K K (S)U (S)U (S)G d p i p p i O ++ == 三．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：0 1(S) (S)(S)R R K K U 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。
武汉工程大学实验报告 专业自动化班号 组别指导教师陈艳菲姓名同组者
三、实验结果分析 1．开环传递函数为) 1(4 )(+= s s s G 的系统的分析及其串联超前校正： （1）取K=20，绘制原系统的Bode 图： 源程序代码及Bode 图： num0=20; den0=[1,1,0]; w=0.1:1000; [gm1,pm1,wcg1,wcp1]=margin(num0,den0); [mag1,phase1]=bode(num0,den0,w); [gm1,pm1,wcg1,wcp1] margin(num0,den0) grid; 运行结果： ans = Inf 12.7580 Inf 4.4165 分析： 由结果可知，原系统相角裕度r=12.75800，c ω=4.4165rad/s ，不满足指标要求， 系统的Bode 图如上图所示。考虑采用串联超前校正装置，以增加系统的相角裕度。 确定串联装置所需要增加的超前相位角及求得的校正装置参数。 ),5,,45(0000c m c Φ=Φ=+-=Φ令取为原系统的相角裕度εγγεγγ m m ??αsin 1sin 1-+= 将校正装置的最大超前角处的频率 作为校正后系统的剪切频率 。则有： α ωωω1)(0)()(lg 2000=?=c c c c j G j G j G 即原系统幅频特性幅值等于 时的频率，选为c ω。 根据m ω=c ω ，求出校正装置的参数T 。即α ωc T 1 = 。 （2）系统的串联超前校正：
源程序代码及Bode图： num0=20; den0=[1,1,0]; w=0.1:1000; [gm1,pm1,wcg1,wcp1]=margin(num0,den0); [mag1,phase1]=bode(num0,den0,w); [gm1,pm1,wcg1,wcp1] margin(num0,den0) grid; e=5; r=50; r0=pm1; phic=(r-r0+e)*pi/180; alpha=(1+sin(phic))/(1-sin(phic)); [il,ii]=min(abs(mag1-1/sqrt(alpha))); wc=w( ii); T=1/(wc*sqrt(alpha)); numc=[alpha*T,1]; denc=[T,1]; [num,den]=series(num0,den0,numc,denc); [gm,pm,wcg,wcp]=margin(num,den); printsys(numc,denc) disp('校正之后的系统开环传递函数为:'); printsys(num,den) [mag2,phase2]=bode(numc,denc,w); [mag,phase]=bode(num,den,w); subplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(mag),w,20*log10(mag1),'--',w,20*log10(mag2),'-.'); grid; ylabel('幅值(db)'); title('--Go,-Gc,GoGc'); title(['校正前：幅值裕量=',num2str(20*log10(gm1)),'db','相位裕量=',num2str(pm1),'0']); subplot(2,1,2); semilogx(w,phase,w,phase1,'--',w,phase2,'-',w,(w-180-w),':'); grid; ylabel('相位(0)'); xlabel('频率(rad/sec)'); title(['校正后：幅值裕量=',num2str(20*log10(gm)),'db','相位裕量=',num2str(pm),'0']); 运行结果： ans = Inf 12.7580 Inf 4.4165 num/den = 0.31815 s + 1
自动控制系统的组成及功能实现 自动控制系统作为目前工业领域控制的核心，已经为大家所熟悉。自动控制系统是指在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段，其组建了整个系统的大脑及神经网络。自动控制系统的组成一般包括控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。 一、自动控制系统的分类 自动控制系统按控制原理主要分为开环控制系统和闭环控制系统。 （一）开环控制系统 在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。 （二）闭环控制系统 闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。 自动控制系统按给定信号分类，可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。（三）恒值控制系统 给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。 （四）随动控制系统 给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。（五）程序控制系统 给定值按一定时间函数变化。如程控机床。 在我们的工业领域中，因控制的工艺流程复杂、生产数多、对产品质量控制严格，所以一般控制系统均为闭环控制系统。 二、控制系统各部分的功能 （一）控制器 目前控制系统的控制器主要包括PLC、DCS、FCS等主控制系统。在底层应用最多的就是PLC控制系统，一般大中型控制系统中要求分散控制、集中管理的场合就会采用DCS 控制系统，FCS系统主要应用在大型系统中,它也是21世纪最具发展潜力的现场总线控制系
实验报告 课程名称：自动控制原理 实验项目：典型环节的时域相应 实验地点：自动控制实验室 实验日期：2017 年 3 月22 日 指导教师：乔学工 实验一典型环节的时域特性 一、实验目的 1.熟悉并掌握TDN-ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2.熟悉各种典型环节的理想阶跃相应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。 二、实验设备 PC 机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。 三、实验原理及内容 下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 (P) (1)方框图 (2)传递函数： K S Ui S Uo =) () ( (3)阶跃响应：) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = (4)模拟电路图： (5) 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。 ② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。
2．积分环节 (I) (1)方框图 (2)传递函数： TS S Ui S Uo 1 )()(= (3)阶跃响应： ) 0(1)(≥= t t T t Uo 其中 C R T 0= (4)模拟电路图 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。 ② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。
1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 理想阶跃响应曲线 0.4s 1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 实测阶跃响应曲线 0.4s 10V 无穷 3．比例积分环节 (PI) (1)方框图： (2)传递函数： (3)阶跃响应： (4)模拟电路图： (5)理想与实际阶跃响应曲线对照： ①取 R0 = R1 = 200K；C = 1uF。 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 ②取 R0=R1=200K；C=2uF。 K 1 + U i(S)+ U o(S) + Uo 10V U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t Uo 无穷 U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t
自动化控制实验报告(DOC 43页)
本科生实验报告 实验课程自动控制原理 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 学生姓名 学生学号2013 指导教师 实验地点6C901 实验成绩 二〇一五年四月——二〇一五年五月
线性系统的时域分析 实验一（3.1.1）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．典型环节的结构图及传递函数 方 框 图 传递函数 比例 （P ） K (S) U (S) U (S)G i O == 积分 （I ） TS 1 (S)U (S)U (S)G i O == 比例积分 （PI ） )TS 1 1(K (S)U (S)U (S)G i O +== 比例微分 （PD ） )TS 1(K (S) U (S) U (S)G i O +== 惯性 TS 1K (S)U (S)U (S)G i O += =
环节 （T） 比例 积分 微分 （PI D） S T K S T K K (S) U (S) U (S) G d p i p p i O + + = = 三．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： 1 (S) (S) (S) R R K K U U G i O= = = ；单位阶跃响应：
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
自动控制系统实验报告 学号： 班级： 姓名: 老师：
一．运动控制系统实验 实验一.硬件电路的熟悉和控制原理复习巩固 实验目的：综合了解运动控制实验仪器机械结构、各部分硬件电路以及控制原理，复习巩固以前课堂知识，为下阶段实习打好基础。 实验内容：了解运动控制实验仪的几个基本电路： 单片机控制电路（键盘显示电路最小应用系统、步进电机控制电路、光槽位置检测电路） ISA运动接口卡原理（搞清楚译码电路原理和ISA总线原理） 步进电机驱动检测电路原理（高低压恒流斩波驱动电路原理、光槽位置检测电路）两轴运动十字工作台结构 步进电机驱动技术（掌握步进电机三相六拍、三相三拍驱动方法。） 微机接口技术、单片机原理及接口技术，数控轮廓插补原理，计算机高级语言硬件编程等知识。 实验结果： 步进电机驱动技术： 控制信号接口： （1）PUL：单脉冲控制方式时为脉冲控制信号，每当脉冲由低变高是电机走一步；双 脉冲控制方式时为正转脉冲信号。 （2）DIR：单脉冲控制方式时为方向控制信号，用于改变电机转向；双脉冲控制方式 时为反转脉冲信号。
（3）OPTO ：为PUL 、DIR 、ENA 的共阳极端口。 （4）ENA ：使能/禁止信号，高电平使能，低电平时驱动器不能工作，电机处于自由状 态。 电流设定： （1）工作电流设定： （2）静止电流设定： 静态电流可用SW4 拨码开关设定，off 表示静态电流设为动态电流的一半，on 表示静态电流与动态电流相同。一般用途中应将SW4 设成off ，使得电机和驱动器的发热减少，可靠性提高。脉冲串停止后约0.4 秒左右电流自动减至一半左右（实际值的60％），发热量理论上减至36％。 （3）细分设定： （4）步进电机的转速与脉冲频率的关系 电机转速v = 脉冲频率P * 电机固有步进角e / (360 * 细分数m) 逐点比较法的直线插补和圆弧插补： 一．直线插补原理： 如图所示的平面斜线AB ，以斜线起点A 的坐标为x0，y0，斜线AB 的终点坐标为(xe ，ye)，则此直线方程为： 00 00Y Ye X Xe Y Y X X --= -- 取判别函数F ＝(Y —Y0)(Xe —Xo)—(X-X0)(Ye —Y0)
东南大学自动控制实验室 实验报告 课程名称：自动控制原理 实验名称：闭环电压控制系统研究 院（系）：仪器科学与工程专业：测控技术与仪器姓名：学号： 实验室：常州楼五楼实验组别：/ 同组人员：实验时间：2018/10/17 评定成绩：审阅教师： 实验三闭环电压控制系统研究
一、实验目的： （1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能。 （2）会正确实现闭环负反馈。 （3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、实验原理： （1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。 （2）自动控制的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的闭环形式，如步进电机控制，专家系统等，从大局看，还是闭环。闭环控制可以带来想象不到的好处，本实验就是用开环和闭环在负载扰动下的实验数据，说明闭环控制效果。自动控制系统性能的优劣，其原因之一就是取决调节器的结构和算法的设计（本课程主要用串联调节、状态反馈），本实验为了简洁，采用单闭环、比例调节器K。通过实验证明：不同的K，对系性能产生不同的影响，以说明正确设计调节器算法的重要性。 （3）为了使实验有代表性，本实验采用三阶（高阶）系统。这样，当调节器K值过大时，控制系统会产生典型的现象——振荡。本实验也可以认为是一个真实的电压控制系统。 三、实验设备： THBDC-1实验平台 四、实验线路图： 五、实验步骤：
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 s 2、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, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 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 图1.1 图1.2 图1.3
系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T 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。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3
-150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数： 当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号， 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为： （1）T=0.1(0.033)时，C=1μf (0.33μf )，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20
惯性环节传递函数为： K = R f /R 1,T = R f C, （1） 保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ， 0.1μf ）时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近 （2） 保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。 K=1时波形即为（1）中T0.1时波形 K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果： t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2，实验值4.30/2.28， 1 TS K )s (R )s (C +-=
自动控制原理课程实验 2010-2011学年第一学期 02020801班 张驰2008300566
? 课本实验内容 6-26 热轧厂的主要工序是将炽热的钢坯轧成具有预定厚度和尺度的钢板，所得到的最终产品之一是宽为3300mm 、厚为180mm 的标准板材。他有两台主要的辊轧台：1号台与2号台。辊轧台上装有直径为508mm 的大型辊轧台，由4470km 大功率电机驱动，并通过大型液压缸来调节轧制宽度和力度。 热轧机的典型工作流程是：钢坯首先在熔炉中加热，加热后的钢坯通过1号台，被辊轧机轧制成具有预期宽度的钢坯，然后通过2号台，由辊轧机轧制成具有与其厚度的钢板，最后再由热整平设备加以整平成型。 热轧机系统控制的关键技术是通过调整热轧机的间隙来控制钢板的厚度。热轧机控制系统框图如下： 扰动)(s N )(s R （1）已知)54(/)(20++=s s s s s G ，而)(s G c 为具有两个相同实零点的PID 控制器。要求：选择PID 控制器的零点和增益，使闭环系统有两对对等的特征根； (2)考察（1）中得到的闭环系统，给出不考虑前置滤波器)(s G P 与配置适当)(s G P 时，系统的单位阶跃响应； （3）当)(s R =0，)(s N =1/s 时，计算系统对单位阶跃扰动的响应。 ? 求解过程 解：（1）已知 )54(/)(20++=s s s s s G )(s G P )(s G C )(0s G
选择 s z s K s G c /)()(2+= 当取K=4，Z=1.25时，有 s s s s s G c 4/25.610/)25.1(4)(2++=+= 系统开环传递函数 )54(/)25.1(4)()(2220+++=s s s s s G s G c 闭环传递函数：)25.61094/()5625.15.2(4))()(1/()()()(2 34200++++++=+=s s s s s s s G s G s G s G s c c φ （2） 当不考虑前置滤波器时，单位阶跃输入作用下的系统输出 )25.61094(/)5625.15.2(4)()()(2342++++++==s s s s s s s s R s s C φ 系统单位阶跃响应如图1中（1）中实线所示。 当考虑前置滤波器时，选 2)25.1/(5625.1)(+=s s G p 则系统在单位阶跃输入作用下的系统输出 )25.61094(/25.6)()()()(234++++==s s s s s s R s s G s C p φ 系统单位阶跃曲线如图1中（1）虚线所示。 （3）当)(s R =0，)(s N =1/s 时，扰动作用下的闭环传递函数 )25.61094/())()(1/()()(23400++++-=+-=s s s s s s G s G s G s c n φ 系统输出 )25.61094/(1)()()(2 34++++-==s s s s s N s s C n n φ 单位阶跃响应曲线如图1中（2）所示。 MATLAB 程序代码： MA TLAB 程序：exe626.m K=4;z=1.25; G0=tf(1,conv([1,0],[1,4,5])); Gc=tf(K*conv([1,z],[1,z]),[1,0]); Gp=tf(1.5625,conv([1,z],[1,z])); G1=feedback(Gc*G0,1); G2=series(Gp,G1); G3=-feedback(G0,Gc); t=0:0.01:10; [x,y]=step(G1,t);[x1,y1]=step(G2,t); figure(1);plot(t,x,'-',t,x1,':');grid
电力系统自动控制装置 白太：刘万炮 1.AAT装置有哪两部分组成？各有什么作用？ 答：AAT装置由低压起动和自动合闸两部分组成。低压起动部分的作用是：当母线因各种原因失去电压时，断开工作电源。自动合闸部分的作用是：在工作电源断路器断开后，将备用电源断路器投入。 2、简述AAT装置明备用和暗备用的含义。(掌握明备用和暗备用的典型一次接线图） 答：明备用是指两路电源变压器其中一台工作运行，而另一台备用。两台变压器的容量都是按计算负荷100％确定的。暗备用是指两台变压器都工作，两路电源变压器容量都是按计算负荷一、二级负荷确定，在供电系统中变压器容量占全部计算负荷的70％，而工业则是40%。 简而言之就是：系统正常运行时，备用电源不工作，称为明备用；系统正常运行时，备用电源同时投入运行的，称为暗备用，暗备用实际上是两个工作电源的互为备用。 备用电源自动投入装置：当线路或用电设备发生故障时，能够自动迅速、准确的把备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用电源上，不至于让用户断电的一种装置，简称APD。 3、什么是重合闸前加速保护？什么是重合闸后加速保护？各具有什么优点？
答：（1）.重合闸前加速：重合闸前加速保护方式一般用于具有几段串联的辐射形线路中，重合闸装置仅装在靠近电源的一段线路上。当线路上发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性地瞬时动作于跳闸，而后再靠重合闸来纠正这种非选择性动作。前加速的优点就是能快速切除故障，提高重合成功率，使用设备少，只需装设一套重合闸装置，经济性好。缺点是重合于永久性故障时切除时间可能过长，断路器动作次数较多，工作条件恶劣。主要适合35kV及以下线路。（2）.重合闸后加速：重合闸后加速是检定同期重合闸是当线路一侧专无压重合后，另一侧在两端的频率不超过属一定允许值的情况下才进行重合的。 4、双电源线路上采用自动重合闸装置时，需要考虑哪些特殊问题？为什么？ 答：（1）需要考虑故障点的断电时间问题。因为当线路发生故障时，线路两侧的继电保护可能以不同的时限跳开两侧断路器，这两种情况下只有两侧的断路器都跳开后，故障点才完全断电，所以重合闸应加较长的延时。 （2）同步问题。因为当线路发生故障，两侧断路器跳闸后，线路两侧电源之前电动势夹角摆开，甚至有可能失去同步，所以，后重合侧重合时应考虑是否允许非同步合闸和进行同步检定的问题。 5、什么是综合重合闸？综合重合闸装置能实现哪几种重合
自动化控制实验报告
本科生实验报告 实验课程自动控制原理 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 学生姓名 学生学号2013 指导教师 实验地点6C901 实验成绩 二〇一五年四月——二〇一五年五月 线性系统的时域分析 实验一（3.1.1）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．典型环节的结构图及传递函数
三．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：；单位阶跃响应： 实验步骤：注：‘SST’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
本科生实验报告 实验课程自动操纵原理 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 学生姓名 学生学号2013 指导教师 实验地点6C901 实验成绩 二〇一五年四月——二〇一五年五月
线性系统的时域分析 实验一（3.1.1）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． 观看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 型环节动态特性的阻碍 二．典型环节的结构图及传递函数 方 框 图 传递函数 比例 （P ） K (S) U (S) U (S)G i O == 积分 （I ） TS 1(S)U (S)U (S)G i O == 比例积分 （PI ） )TS 11(K (S)U (S)U (S)G i O +== 比例微分 （PD ） )TS 1(K (S) U (S) U (S)G i O +== 惯性环节 （T ） TS 1K (S)U (S)U (S)G i O += = 比例积分微分（PID ） S T K S T K K (S)U (S)U (S)G d p i p p i O ++ == 三．实验内容及步骤 观看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阻碍.。
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，选择自动操纵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)．观看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：0 1(S) (S) (S)R R K K U 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
实验一控制系统的稳定性分析 一、实验目的 1．观察系统的不稳定现象。 2．研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。 二、实验仪器 1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验内容 系统模拟电路图如图 系统模拟电路图 其开环传递函数为: G（s）=10K/s(0.1s+1)(Ts+1) 式中K1=R3/R2，R2=100K，R3=0～500K；T=RC，R=100K，C=1f或C=0.1f两种情况。 四、实验步骤
1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电 路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。 2.启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统] 运行软件。 3.在实验项目的下拉列表中选择实验三[控制系统的稳定性分析] 5.取R3的值为50K，100K，200K，此时相应的K=10，K1=5，10，20。观察 不同R3值时显示区内的输出波形(既U2的波形)，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值。再把电阻R3由大至小变化，即R3=200k，100k，50k，观察不同R3值时显示区内的输出波形, 找出系统输出产生等幅振荡变化的R3及K 值，并观察U2的输出波形。 五、实验数据 1模拟电路图
2．画出系统增幅或减幅振荡的波形图。C=1uf时： R3=50K K=5： R3=100K K=10
R3=200K K=20： 等幅振荡：R3=220k:
增幅振荡：R3=220k： R3=260k:
C=0.1uf时：R3=50k:
实验1 控制系统典型环节的模拟实验（一） 实验目的： 1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。 2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。 实验原理： 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。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。 实验内容及步骤 实验内容： 观测比例、惯性和积分环节的阶跃响应曲线。 实验步骤： 分别按比例，惯性和积分实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行。 ①按各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。(PID先不接) ②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。 ③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果。 ④同理得积分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线。 实验数据
实验二控制系统典型环节的模拟实验（二） 实验目的 1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。 2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。 实验仪器 1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 实验原理 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。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。 实验内容及步骤 内容： 观测PI，PD和PID环节的阶跃响应曲线。 步骤： 分别按PI，PD和PID实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行 ①按各典型环节的模拟电路图将线接好。 ②将模拟电路输入端(U i)与方波信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。 ③用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。改变参数，重新观测结果。 实验数据 实验结论及分析