1课程名称： 自动控制原理 实验项目： 典型环节的时域特性 实验地点： 专业班级： 学号： 学生姓名： ALXB 指导教师： 年 月 日2实验一 典型环节的时域特性一、实验目的学会利用自动控制实验箱对控制系统进行典型环节时域分析。二、实验设备TDN-AC/ACS+型控制系统实验箱一套、安装 Windows 98 系统和 ACS2002 应用软件的计算机一台。三、实验内容一）典型环节1典型环节的方框图及传递函数2典型环节的模拟电路图及输出响应45678四、实验记录1） 、观察比例环节的阶跃响应曲线，实验步骤见二-3，电路图如前面所示,信号源产生的阶跃信号（k=1/2）（k=1 ）92） 、观察积分环节的阶跃响应曲线，实验步骤见二-3，电路图如前面所示,(C=1F)(C=2F)3） 、观察比例微分环节的阶跃响应曲线，实验步骤见二-3，电路图如前面所示,(R1=10k)10(R2=20k)4） 、观察惯性环节的阶跃响应曲线，实验步骤见二-3，电路图如前面所示,(C=1F)(C=2F)11五、实验结果分析及实验感想结果分析：1、观察比例环节的阶跃响应曲线，输出信号与输入信号之比为 K，k=1 和 k=1/2 时的图形如示，k =1 输入与输出相等，K=1/2 时输出为输入的一般。2、观察积分环节的阶跃响应曲线，输出随着输入的阶跃信号而增加，C 不同导致了积分的快慢的不同。3、观察惯性环节的阶跃响应曲线，当输入停止后，输出没有停止，而是逐渐的减小。实验感想：通过这次试验，把课本上的知识与实验相联系，使得知识掌握的更牢固，并且加深了对原有知识的认识。12课程名称： 自动控制原理 实验项目： 典型二阶系统的时域特性 实验地点： 电机馆自动控制实验室 专业班级： 信息 1002 学号： 2010001236 学生姓名： 沈成业 指导教师： 乔学工 2013 年 5 月 10 日13实验二 典型二阶系统的时域特性一、实验目的学会利用自动控制实验箱对二阶控制系统进行时域分析。二、实验设备TDN-AC/ACS+型控制系统实验箱一套、安装 Windows 98 系统和 ACS2002 应用软件的计算机一台。三、实验内容1、二阶系统动态特性的测试1. 典型二阶系统的方框图和模拟电路图 典型二阶系统的方框图及传函图 1-2 是典型二阶系统的原理方框图，其中 T0=1s，T 1=0.1s，K 1 分别为 10、5、2.5 和1。开环传函： )1.0()()1sKsTG其中： 开环增益。101/KT闭环传函： 2n2)(sW其中： /;/1001n T表 1-2 列出有关二阶系统在三种情况（欠阻尼、临界阻尼和过阻尼）下具体参数的表达式，以便计算理论值。 模拟电路图见图 1-3。2. 实验内容及步骤准备：将“信号源单元” （U 1 SG）的 ST 插针和+5V 插针用“短路块”短接，使运算放大器反馈网络上的场效应管 3DJ6 夹断。14二阶系统瞬态性能指标的测试步骤： 按图 1-3 接线，R=10K。 用示波器观察系统阶跃响应 C(t)，测量并记录超调量 Mp，峰值时间 Tp 和调节时间ts，并记录在表 1-3 中。 分别按 R=20K;40K;100K 改变系统开环增益，观察响应的阶跃响应 C(t)，测量并记录性能指标 Mp，T p 和 ts，及系统的稳定性。并将测量值和计算值（实验前必须按公式计算出）进行比较，参数取值及响应曲线，详见表 1-3。四、实验记录依照实验步骤搭建好实验电路、准备好信号源。1）R=10K （Mp=47%,Tp=267ms,t s=955ms）R=20K (Mp=33%,Tp=362ms,ts=1495ms)1R=40K (Mp=26.7%,Tp=390ms,ts=14610ms)R=100K (Mp=7%,Tp=1530ms,ts=1850ms)五、实验心得这次实验目的是学会利用自动控制实验箱对二阶控制系统进行时域分析，事先通过实验指导书知道了二阶控制系统时域的一些特性，加之实验时二阶控制系统的阶跃响应，加深并巩固了有关的知识及其一些特性。课程名称： 自动控制原理 实验项目： 控制系统的稳定性和稳态误差 实验地点： 北区电机馆跨越机房 专业班级： 信息 1002 学号： 2010001236 学生姓名： 沈成业 指导教师： 乔学工 2013 年 5 月 10 日实验三 控制系统的稳定性和稳态误差一、实验目的1学会利用 MATLAB 对控制系统的稳定性进行分析；2学会利用 MATLAB 计算系统的稳态误差。二、实验设备安装 Windows 系统和 MATLAB 软件的计算机一台。三、实验内容1利用 MATLAB 描述系统数学模型如果系统的的数学模型可用如下的传递函数表示 nnnmmasabbsUYG 10)()(则在 MATLAB 下，传递函数可以方便的由其分子和分母多项式系数所构成的两个向量惟一确定出来。即num=b0,b1 , bm; den=1,a1,a2 ,an例 2-1 若系统的传递函数为 534)(2ssG试利用 MATLAB 表示。解 num=4;den=1,3,2,5;printsys(num,den)num/den = 4-s3 + 3 s2 + 2 s + 5 例 2-2 若系统的传递函数为 )523)(164)(2sssG试利用 MATLAB 求出其用分子和分母多项式表示的传递函数。解 num=4*1,6,6;den=conv(1,0,conv(1,1,1,3,2,5);printsys(num,den)num/den = 4 s2 + 24 s + 24-s5 + 4 s4 + 5 s3 + 7 s2 + 5 s 2利用 MATLAB 分析系统的稳定性在分析控制系统时，首先遇到的问题就是系统的稳定性。判断一个线性系统稳定性的一种最有效的方法是直接求出系统所有的极点，然后根据极点的分布情况来确定系统的稳定性。对线性系统来说，如果一个连续系统的所有极点都位于左半 s 平面，则该系统是稳定的。MATLAB 中根据特征多项式求特征根的函数为 roots( )，其调用格式为r=roots(p)其中，p 为特征多项式的系数向量；r 为特征多项式的根。另外，MATLAB 中的 pzmap( )函数可绘制系统的零极点图，其调用格式为p,z=pzmap(num,den)其中，num 和 den 分别为系统传递函数的分子和分母多项式的系数按降幂排列构成的系数行向量。当 pzmap( )函数不带输出变量时，可在当前图形窗口中绘制出系统的零极点图；当带有输出变量时，也可得到零极点位置，如需要可通过 pzmap(p,z)绘制出零极点图，图中的极点用“”表示，零点用“o” 表示。例 2-3 已知系统的传递函数为 125342)(34B sssRYsG给出系统的零极点图，并判定系统的稳定性。解 num=3,2,1,4,2;den=3,5,1,2,2,1; r=roots(den),pzmap(num,den)r =-1.6067 0.4103 + 0.6801i0.4103 - 0.6801i-0.4403 + 0.3673i-0.4403 - 0.3673i 图 2-2 反馈控制系统由以上结果可知，系统在右半 s 平面有两个极点，故系统不稳定。3利用 MATLAB 计算系统的稳态误差对于图 2-2 所示的反馈控制系统，根据误差的输入端定义，利用拉氏变换终值定理可得稳态误差 ess )(lim)()(1lim)(li)(lim0000 sEsRHGsBsRsEes 在 MATLAB 中，利用函数 dcgain( )可求取系统在给定输入下的稳态误差，其调用格式为ess=dcgain (nume,dene)其中，ess 为系统的给定稳态误差；nume 和 dene 分别为系统在给定输入下的稳态传递函数 的分子)(sE和分母多项式的系数按降幂排列构成的系数行向量例 2-4 已知单位反馈系统的开环传递函数为 12)(ssHG试求该系统在单位阶跃和单位速度信号作用下的稳态误差。解 nume1=1 2 1;dene1=1 2 2;ess1=dcgain (nume1,dene1)nume2=1 2 1;dene2=1 2 2 0;ess2=dcgain (nume2,dene2)执行后可得以下结果。ess1 =0.5000ess2 =Inf4、课后习题3-16、已知单位反馈系统的开环传递函数如下，试确定系统的静态位置、速度、加速度误差系数。（1）G(s)H(s)=50/(1+0.1s)(1+2s)(1+0.5s)解：(1) 系统在单位阶跃、单位速度、加速度信号作用下的稳态传递函数分别为： 516.2.1.021)()(1)( 321 ssssRHGsEs ss ).(56.032232 2233233 )516.1.0(1.1.)()(1)( sssssRsEs (2) MATLAB 命令为nume1=50;dene1=0.1 1.25 2.6 0;ess1=dcgain (nume1,dene1)nume2=50 0;dene2=0.1 1.25 2.6 0;ess2=dcgain (nume2,dene2)nume3=50 0 0;dene3=0.1 1.25 2.6 0;ess3=dcgain (nume3,dene3)执行结果： nume1=50;dene1=0.1 1.25 2.6 0;ess1=dcgain (nume1,dene1)nume2=50 0;dene2=0.1 1.25 2.6 0;ess2=dcgain (nume2,dene2)nume3=50 0 0;dene3=0.1 1.25 2.6 0;ess3=dcgain (nume3,dene3)ess1 =Infess2 =19.2308ess3 =0五、实验心得这次试验的目的是：学会利用 MATLAB 对控制系统的稳定性进行分析和学会利用 MATLAB 计算系统的稳态误差。通过学习相关的一些关于 MATLAB 的简单指令，利用计算机仿真很容易的就得到了其图形及根。课程名称： 自动控制原理 实验项目：控制系统的根轨迹和频域特性分析 实验地点： 北区电机馆跨越机房 专业班级：信息 1002 学号： 2010001236 学生姓名： 沈成业 指导教师： 乔学工