控制工程基础实验指导书(答案)
控制工程基础实验指导书
自控原理实验室编印
（内部教材）
实验项目名称:
（所属课
程:
院系: 专业班级: 姓名: 学号:
实验日期: 实验地点: 合作者: 指导教师: 本实验项目成绩: 教师签字: 日期:
（以下为实验报告正文）
、实验目的
简述本实验要达到的目的。目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。
二、实验仪器设备
列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。
三、实验内容
简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。
四、实验步骤
简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。
五、实验结果
给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。
六、讨论
分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。
七、参考文献
列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资
料。
格式如下
作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码
实验一控制系统典型环节的模拟、实验目的
、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法;
、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性;
、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。
二、实验仪器
、控制理论电子模拟实验箱一台;
、超低频慢扫描数字存储示波器一台;
、数字万用表一只;
、各种长度联接导线。
三、实验原理
运放反馈连接
基于图中点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图
由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。
、比例环节
实验模拟电路见图所示
U i R i U
o
接示波器
以运算放大器为核心元件，由其不同的输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图所示。图中和为复数阻抗，它们都是构成。
Z2
Z1
Ui ,—
U o
接示波器
得:
比例环节G(s)R K
阶跃输入信号:
实验参数:
、惯性环节
实验模拟电路见图所示
U i
R i
匚
R2
U o
接示波器
传递函数：G(s) Z
Z2
R2/
/cs
R2P CS
R1
图惯性环节
RU 1
R J R2CS 1
K
TS 1
阶跃输入:
实验参数:
、积分环节
实验模拟电路见图所示
积分环节
U o 接示波器
传递函数：G(s) Z2
乙
lCs 1
RCS
1
TS
阶跃输入信号: 实验参数:
、比例微分环节
图
比例微分环节
、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节;
、按照给定的实验参数，利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试，观察并记
实验模拟电路见图 所示
R 2
U o
接示波器
传递函数:
G(S)
Z 2
乙
R 2
制(R i CS 1) K(T D S 1)
其中D R 2 R i
阶跃输入信号: 实验参数: 四、实验内容与步骤 、分别画出比例、惯性、 积分、比例微分环节的电子电路;
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录其单位阶跃响应波形。
五、实验报告
、画出四种典型环节的实验电路图，并标明相应的参数;
、画出各典型环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响;
、写出实验心得体会。
六、实验思考题
、用运放模拟典型环节时，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出?
（运算放大器开环放大倍数 很大，运算放大器输入阻抗很高）
、积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下， 惯性环节可以近似为积分环
节？在什么条件下，又可以视为比例环节?
瞬态输出以指数规律变化。而积分环节，当输入为单位阶跃信号时，输出为输入对时
当 趋于无穷大时，惯性环节可以近似地视为积分环节，当 趋于时，惯性环
节可以 近似地视为比例环节。）
、如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数?
（积分环节的时间常数 由输出曲线斜率的倒数确定，惯性环节的时间常数 页脚内容
（惯性环节的特点是，当输入
作阶跃变化时，输出 不能立刻达到稳态值,
间的积分，输出
随时间呈直线增长。
等于曲线
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实验二 二阶系统的瞬态响应分析
一、实验目的
、熟悉二阶模拟系统的组成。
、研究二阶系统分别工作在 位阶跃响应。
整时间 。
、研究系统在不同 值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。
二、实验仪器
、控制理论电子模拟实验箱一台;
、超低频慢扫描数字存储示波器一台;
、数字万用表一只;
、各种长度联接导线。
三、实验原理
上升到稳态值的
时的时间）
三种状态下的单
、分析增益对二阶系统单位阶跃响应的超调量
、峰值时间 和调
、学会使用
软件来仿真二阶系统，并观察结果。
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图 为二阶系统的原理方框图，图 为其模拟
电路图，它是由惯性环节、积
分环节和反号器组成，图中
二阶系统原理框图
由图 求得二阶系统的闭环传递函
而二阶系统标准传递函数为
2 n
G( S)= ----------- T 」S 2 +2 n S+ 2n
对比式⑴和式(2),得
JT 2/4T 1
K
U O (S)
K
2
TT 2S 2
T 2S K
S 2
K/TT 2
T i S K/TT 2
(1)
若令 T i 0.2S , T 2 0.5S , J 则 n V 10K
J O .625 K 。调节开环增益值，不仅能改变
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如图 为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。
系统无阻尼自然振荡频率3 和 的值，可以得到过阻尼
、临界阻尼（
和欠阻尼（ ）三种情况下的阶跃响应曲线。
()当
，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为:
U o (t)
1 t /! 2
-y^e n sin( d t tg 1
—)⑶
式中 d
或 2
.图2-3为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线
时的阶跃响应曲线
n
t
()当
时, ,系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为
:
时的阶跃响应曲线
()当时, ,系统工作在过阻尼状态，它的单位阶跃响应曲线和临界
阻尼时的单位阶跃响应一样为单调的指数上升曲线，但后者的上升速度比前者缓慢。
四、实验内容与步骤
G（S）= 0.5S（0.2S + 1）
、根据图，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为:
、令，在示波器上观察不同）时的单位阶跃响应的波形，并由实验求得相应的C 和的值。
、调节开环增益，使二阶系统的阻尼比力2 0.707，观察并记录此时的单位阶跃响应波形和C 和的值。
、用三角波或输入为单位正阶跃信号积分器的输出作为二阶系统的斜坡输入信
号。
、观察并记录在不同值时，系统跟踪斜坡信号时的稳态误差。
五、实验报告
、画出二阶系统在不同值（）下的条瞬态响应曲线，并注明时间坐标轴。
、按图所示的二阶系统，计算三种情况下和3 值。据此，求得相应的动态性能指标0 和，并与实验所得出的结果作一
比较。
、写出本实验的心得与体会。
六、实验思考题
、如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果?
（阶跃信号幅值的大小选择应适当考虑。过大会使系统动态特性的非线性因素增
大，使线性系统变成非线性系统；过小也会使系统信噪比降低并且输出响应曲线不可能清楚显示或记录下来。）
、在电子模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈?
Z2
Z1
U i U o
接示波器
（以运算放大器为核心，接反馈电路如上图所示，当不等时，就是负反馈, 相等时，就是单位负反馈。）
、为什么本实验的模拟系统中要用三只运算放大器?
（由二阶系统的原理方框图可知，它是由惯性环节、积分环节和比例放大环节组成,
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图为三阶系统的方框图，它的模拟电路如图所示
,
而每一个典型环节的模拟电路图均只需一个运算放大器）
实验三三阶系统的瞬态响应及稳定性分析
实验目的、掌握三阶系统的模拟电路图;
、由实验证明开环增益对三阶系统的动态性能和稳定性能的影响;
、研究时间常数对三阶系统稳定性的影响;
二、实验仪器
、控制理论电子模拟实验箱一台;
、超低频慢扫描数字存储示波器一台;
、数字万用表一只;
、各种长度联接导线。
三、实验原理
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图三阶系统原理框图
U o(S)
U i(S) T3S(T I S+1)(T2S+1)+ K
闭环传递函数为：
该系统的特征方程为
其中
若令，则上式改写为
S3 +15S2 +50S + 100 K = 0
用劳斯稳定判据，求得该系统的临界稳定增益。这表示时，系统为不稳定; 时，系统才能稳定运行; 时系统作等幅振荡。
除了开环增益对系统的动态性能和稳定性有影响外，系统中任何一个时间常数的
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变化对系统的稳定性都有影响, 对此说明如下:
令系统的剪切频率为，则在该频率时的开环频率特性的相位为:
相位裕量
由上式可见，时间常数和的增大都会使减小。
四、实验内容与步骤
G( S)= T3S(T I S+1)(T2S+1)
图所示的三阶系统开环传递函数为
中的相应参数。
、用慢扫描示波器观察并记录三阶系统单位阶跃响应曲线。
，用示波器观察并记录分别为，三种情况下的单位阶跃响应曲线。
，用示波器观察并记录分别为和时的单位阶跃响应曲线。
五、实验报告
、作出分别为和时的单位阶跃响应波形图, 并分析时间常数的变化对系统稳定性的影响。
、写出本实验的心得与体会。
六、实验思考题
为使系统能稳定地工作，开环增益应适当取小还是取大?
（为了使系统稳定工作，开环增益应适当取小）
系统中的小惯性环节和大惯性环节哪个对系统稳定性的影响大，为
什么?
（小惯性环节对系统稳定性影响大，因为参数的变化对小惯性环节影响大）
试解释在三阶系统的实验中，输出为什么会出现削顶的等幅振荡?
（输入信号或开环增益过大，造成波形失真）
为什么图和图所示的二阶系统与三阶系统对阶跃输入信号
的稳态误差都为零
（因为在二阶和三阶系统中,
实验四控制系统的稳定性分析一、实验目的
、理解系统的不稳定现象;
、研究系统开环增益对稳定性的影响。二、实验仪器
、控制理论电子模拟实验箱一台;
模拟电子电路仿真和实测实验方案的设计实验报告111-副本
课程专题实验报告 （1） 课程名称：模拟电子技术基础 小组成员：涛，敏 学号：0，0 学院：信息工程学院 班级：电子12-1班 指导教师：房建东 成绩： 2014年5月25日
工业大学信息工程学院课程专题设计任务书（1）课程名称：模拟电子技术专业班级：电子12-1 指导教师（签名）： 学生/学号：涛 0敏0
实验观察R B 、R C 等参数变化对晶体管共射放大电路放大倍数的影响 一、实验目的 1． 学会放大器静态工作点的调式方法和测量方法。 2．掌握放大器电压放大倍数的测试方法及R B 、R C 等参数对放大倍数的影响。 3． 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验原理 图1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。偏置电阻R B1、R B2组成分压电路，并在发射极中接有电阻R E ，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号后，在放大器的输出端便可得到一个与输入信号相位相反、幅值被放大了的输出信号，从而实现了电压放大。 三、实验设备 1、 信号发生器 2、 双踪示波器 SS —7802 3、 交流毫伏表 V76 4、 模拟电路实验箱 TPE —A4 5、 万用表 VC9205 四、实验容 1．测量静态工作点 实验电路如图1所示，它的静态工作点估算方法为： U B ≈ 2 11B B CC B R R U R +? I E ＝E BE B R U U -≈Ic U CE = U CC －I C （R C ＋R E ）
图1 晶体管放大电路实验电路图 实验中测量放大器的静态工作点，应在输入信号为零的情况下进行。 根据实验结果可用：I C ≈I E ＝ E E R U 或I C ＝ C C CC R U U U BE ＝U B －U E U CE ＝U C －U E 计算出放大器的静态工作点。 五．晶体管共射放大电路Multisim仿真 在Multisim中构建单管共射放大电路如图1(a)所示，电路中晶体管采用FMMT5179 （1）测量静态工作点 可在仿真电路中接入虚拟数字万用表，分别设置为直流电流表或直流电压 表，以便测量I BQ 、I CQ 和U CEQ ，如图所示。
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实验项目名称: （所属课 程: 院系: 专业班级: 姓名: 学号: 实验日期: 实验地点: 合作者: 指导教师: 本实验项目成绩: 教师签字: 日期: （以下为实验报告正文） 、实验目的 简述本实验要达到的目的。目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。 二、实验仪器设备 列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。 三、实验内容 简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。 四、实验步骤 简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。 五、实验结果
给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。 六、讨论 分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。 七、参考文献 列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资 料。 格式如下 作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码
实验一控制系统典型环节的模拟、实验目的 、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法; 、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性; 、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。 二、实验仪器 、控制理论电子模拟实验箱一台; 、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 、数字万用表一只;
、各种长度联接导线。 三、实验原理 运放反馈连接 基于图中点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。 、比例环节 实验模拟电路见图所示 U i R i U o 接示波器 以运算放大器为核心元件，由其不同的输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图所示。图中和为复数阻抗，它们都是构成。 Z2 Z1 Ui ,— U o 接示波器 得:
电子科技大学集成电路原理实验CMOS模拟集成电路设计与仿真王向展
实验报告 课程名称：集成电路原理 实验名称： CMOS模拟集成电路设计与仿真 小组成员： 实验地点：科技实验大楼606 实验时间： 2017年6月12日 2017年6月12日 微电子与固体电子学院
一、实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真 二、实验学时：4 三、实验原理 1、转换速率（SR）：也称压摆率，单位是V/μs。运放接成闭环条件下，将一个阶跃信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。 2、开环增益：当放大器中没有加入负反馈电路时的放大增益称为开环增益。 3、增益带宽积：放大器带宽和带宽增益的乘积，即运放增益下降为1时所对应的频率。 4、相位裕度：使得增益降为1时对应的频率点的相位与-180相位的差值。 5、输入共模范围：在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。 6、输出电压摆幅：一般指输出电压最大值和最小值的差。 图 1两级共源CMOS运放电路图 实验所用原理图如图1所示。图中有多个电流镜结构，M1、M2构成源耦合对，做差分输入；M3、M4构成电流镜做M1、M2的有源负载；M5、M8构成电流镜提供恒流源；M8、M9为偏置电路提供偏置。M6、M7为二级放大电路，Cc为引入的米勒补偿电容。 其中主要技术指标与电路的电气参数及几何尺寸的关系：
转换速率：SR=I5 I I 第一级增益：I I1=?I I2 I II2+I II4=?2I I1 I5(I2+I3) 第二级增益：I I2=?I I6 I II6+I II7=?2I I6 I6(I6+I7) 单位增益带宽：GB=I I2 I I 输出级极点：I2=?I I6 I I 零点：I1=I I6 I I 正CMR：I II,III=I II?√5 I3 ?|I II3|(III)+I II1,III 负CMR：I II,III=√I5 I1+I II5,饱和 +I II1,III+I II 饱和电压：I II,饱和=√2I II I 功耗：I IIII=(I8+I5+I7)(I II+I II) 四、实验目的 本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理与设计》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。其目的在于： 根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路设计，掌握基本的IC设计技巧。 学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行电路的模拟仿真。 五、实验内容 1、根据设计指标要求，针对CMOS两级共源运放结构，分析计算各器件尺寸。 2、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC和瞬态Trans分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法与仿真结果的查看方法。 3、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。
机械控制工程基础实验报告
中北大学机械与动力工程学院 实验报告 专业名称__________________________________ 实验课程名称______________________________ 实验项目数_______________总学时___________ 班级______________________________________ 学号______________________________________ 姓名______________________________________ 指导教师__________________________________ 协助教师__________________________________ 日期______________年________月______日____
实验二二阶系统阶跃响应 一、实验目的 1．研究二阶系统的特征参数如阻尼比ζ和无阻尼自然频率ω n 对系统动态性能 的影响；定量分析ζ和ω n 与最大超调量Mp、调节时间t S 之间的关系。 2．进一步学习实验系统的使用方法。 3．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。 二、实验仪器 1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验原理 1．模拟实验的基本原理： 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。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 2.时域性能指标的测量方法：超调量% σ： 1)启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2)测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查 找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 3)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。检查无误后接通电源。 4)在实验课题下拉菜单中选择实验二[二阶系统阶跃响应] 。 5)鼠标双击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设置窗口中设置相应 的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。 6)利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，带入下式算出超 调量： Y MAX - Y ∞ % σ=——————×100% Y ∞ t P 与t s :利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳 态值所需的时间值，便可得到t P 与t s 。 四、实验内容 典型二阶系统的闭环传递函数为 ω2 n ?（S）= （1） s2＋2ζω n s＋ω2 n
南理工控制工程基础实验报告
南理工控制工程基础实验报告 成绩：《控制工程基础》课程实验报告班级：学号：姓名：南京理工大学2015年12月《控制工程基础》课程仿真实验一、已知某单位负反馈系统的开环传递函数如下G(s)?10 s2?5s?25借助MATLAB和Simulink完成以下要求：(1) 把G(s)转换成零极点形式的传递函数，判断开环系统稳定性。>> num1=[10]; >> den1=[1 5 25]; >> sys1=tf(num1,den1) 零极点形式的传递函数：于极点都在左半平面，所以开环系统稳定。(2) 计算闭环特征根并判别系统的稳定性，并求出闭环系统在0～10秒内的脉冲响应和单位阶跃响应，分别绘出响应曲线。>> num=[10];den=[1,5,35]; >>
sys=tf(num,den); >> t=[0::10]; >> [y,t]=step(sys,t); >> plot(t,y),grid >> xlabel(‘time(s)’) >> ylabel(‘output’) >> hold on; >> [y1,x1,t]=impulse(num,den,t); >> plot(t,y1,’:’),grid (3) 当系统输入r(t)?sin5t时，运用Simulink搭建系统并仿真，用示波器观察系统的输出，绘出响应曲线。曲线：二、某单位负反馈系统的开环传递函数为：6s3?26s2?6s?20G(s)?4频率范围??[,100] s?3s3?4s2?2s?2 绘制频率响应曲线，包括Bode图和幅相曲线。>> num=[6 26 6 20]; >> den=[1 3 4 2 2]; >> sys=tf(num,den); >> bode(sys,{,100}) >> grid on >> clear; >> num=[6 26 6 20]; >> den=[1 3 4 2 2]; >> sys=tf(num,den); >> [z , p , k] = tf2zp(num, den); >> nyquist(sys) 根据Nyquist判据判定系统的稳定性。
控制工程基础实验指导书(答案) 2..
实验二二阶系统的瞬态响应分析 一、实验目的 1、熟悉二阶模拟系统的组成。 2、研究二阶系统分别工作在ξ=1，0<ξ<1，和ξ> 1三种状态下的单 位阶跃响应。 3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调 整时间ts。 4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。 5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统，并观察结果。 二、实验仪器 1、控制理论电子模拟实验箱一台； 2、超低频慢扫描数字存储示波器一台； 3、数字万用表一只； 4、各种长度联接导线。 三、实验原理 图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2。 图2-1 二阶系统原理框图
图2-1 二阶系统的模拟电路 由图2-2求得二阶系统的闭环传递函 12 22 122112 /() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为 (1)(2), 对比式和式得 n ωξ== 12 T 0.2 , T 0.5 , n S S ωξ====若令则。调节开环增益K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值，可以得到过阻尼(ξ>1)、 临界阻尼（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。 （1）当K >0.625， 0 < ξ < 1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为： 图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线 （2）当K =0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为： 如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。 (2) +2+=222n n n S S )S (G ωξω ω1 ()1sin( ) (3) 2-3n t o d d u t t tg ξωωωω--=+=式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线 e t n o n t t u ωω-+-=)1(1)(
机械控制工程基础实验指导书(07年)
中北大学 机械工程与自动化学院 实验指导书 课程名称：《机械工程控制基础》 课程代号：02020102 适用专业：机械设计制造及其自动化 实验时数：4学时 实验室：数字化实验室 实验内容：1.系统时间响应分析 2.系统频率特性分析 机械工程系 2010.12
实验一 系统时间响应分析 实验课时数：2学时 实验性质：设计性实验 实验室名称：数字化实验室 一、实验项目设计内容及要求 1.试验目的 本实验的内容牵涉到教材的第3、4、5章的内容。本实验的主要目的是通过试验，能够使学生进一步理解和掌握系统时间响应分析的相关知识，同时也了解频率响应的特点及系统稳定性的充要条件。 2.试验内容 完成一阶、二阶和三阶系统在单位脉冲和单位阶跃输入信号以及正弦信号作用下的响应，求取二阶系统的性能指标，记录试验结果并对此进行分析。 3.试验要求 学习教材《机械工程控制基础（第5版）》第2、3章有关MA TLAB 的相关内容，要求学生用MA TLAB 软件的相应功能，编程实现一阶、二阶和三阶系统在几种典型输入信号（包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位斜坡信号和正弦信号）作用下的响应，记录结果并进行分析处理：对一阶和二阶系统，要求用试验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响；对二阶系统和三阶系统的相同输入信号对应的响应进行比较，得出结论。 4.试验条件 利用机械工程与自动化学院数字化试验室的计算机，根据MA TLAB 软件的功能进行简单的编程来进行试验。 二、具体要求及实验过程 1.系统的传递函数及其MA TLAB 表达 (1)一阶系统 传递函数为：1 )(+= Ts K s G 传递函数的MA TLAB 表达： num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den) (2)二阶系统 传递函数为：2 2 2 2)(n n n w s w s w s G ++= ξ 传递函数的MA TLAB 表达： num=[2n w ]；den=[1，ξ2wn ，wn^2]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统 传递函数为：n n n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++++++++= ----11 101110)( 传递函数的MA TLAB 表达： num=[m m b b b b ,,,110- ]；den=[n n a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den)
Multisim模拟电路仿真实验
实验19 Multisim 数字电路仿真实验 1.实验目的 用Multisim 的仿真软件对数字电路进行仿真研究。 2.实验内容 实验19.1 交通灯报警电路仿真 交通灯故障报警电路工作要求如下：红、黄、绿三种颜色的指示灯在下 列情况下属正常工作，即单独的红灯指示、黄灯指示、绿灯指示及黄、绿灯 同时指示，而其他情况下均属于故障状态。出故障时报警灯亮。 设字母R 、Y 、G 分别表示红、黄、绿三个交通灯，高电平表示灯亮， 低电平表示灯灭。字母Z 表示报警灯，高电平表示报警。则真值表如表 19.1所示。 逻辑表达式为：RY RG G Y R Z ++= 若用与非门实现，则表达式可化为：RY RG G Y R Z ??= Multisim 仿真设计图如图19.1所示： 图19.1的电路图中分别用开关A 、B 、C 模拟控制红、黄、绿灯的亮暗，开关接向高电平时表示灯亮，接向低电平时表示灯灭。用发光二极管LED1的亮暗模拟报警灯的亮暗。另外用了一个5V 直流电源、一个7400四2输入与非门、一个7404六反相器、一个7420双4输入与非门、一个500 表19.1 LED_red LED1 图19.1
欧姆电阻。 在模拟实验中可以看出，当开关A、B、C中只有一个拨向高电平，以及B、C同时拨向高电平而A拨向低电平时报警灯不亮，其余情况下报警灯均亮。 实验19.2数字频率计电路仿真 数字频率计电路(实验13.3)的工作要求如下：能测出某一未知数字信号的频率，并用数码管显示测量结果。如果用2位数码管，则测量的最大频率是99Hz。 数字频率计电路Multisim仿真设计图如图19.2所示。其电路结构是： 用二片74LS90（U1和U2）组成BCD码100进制计数器，二个数码管U3和U4分别显示十位数和个位数。四D触发器74LS175（U5）与三输入与非门7410（U6B）组成可自启动的环形计数器，产生闸门控制信号和计数器清0信号。信号发生器XFG1产生频率为1Hz、占空比为50%的连续脉冲信号，信号发生器XFG2产生频率为1-99Hz（人为设置）、占空比为50%的连续脉冲信号作为被测脉冲。三输入与非门7410（U6A）为控制闸门。 运行后该频率计进行如下自动循环测量： 计数1秒→显示3秒→清零1秒→…… 改变被测脉冲频率，重新运行。
机械控制工程基础实验指导书
机械控制工程基础实验 指导书 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》 实验指导书 专业：机械制造与自动化、起重运输机械设计与制造等 机械制造与自动化教研室编 2012年12月
目录
实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是： 1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概 念、控制系统的分析方法和设计方法； 2、重点学习如何利用MATLAB工具解决实际工程问题和 计算机实践问题； 3、提高应用计算机的能力及水平。 二、实验设备 1、计算机 2、MATLAB软件 三、对参加实验学生的要求 1、阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确每次实验的目的，了解内容和方法。 2、按实验指导书要求进行操作；在实验中注意观察，记录有关数据和图 像，并由指导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑，整理实验桌子，恢复到实验前的情况。 4、认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹 要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。 5、爱护实验设备，遵守实验室纪律。 实验模块一 MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的建立 一、预备知识 的简介
MATLAB为矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源：20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler 为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由 Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位：和Mathematica、Maple并称为三大数学软件，在数学类科技应用软件中，在数值计算方面首屈一指。 功能：矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。 应用范围：工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 图1-1 MATLAB图形处理示例 的工作环境 启动MATLAB，显示的窗口如下图所示。 MATLAB的工作环境包括菜单栏、工具栏以及命令运行窗口区、工作变量区、历史指令区、当前目录窗口和M文件窗口。 (1)菜单栏用于完成基本的文件输入、编辑、显示、MATLAB工作环境交互性设置等操作。 (2)命令运行窗口“Command Window”是用户与MATLAB交互的主窗口。窗口中的符号“》”表示MATLAB已准备好，正等待用户输入命令。用户可以在“》”提示符后面输入命令，实现计算或绘图功能。 说明：用户只要单击窗口分离键，即可独立打开命令窗口，而选中命令窗口中Desktop菜单的“Dock Command Window”子菜单又可让命令窗口返回桌面（MATLAB桌面的其他窗口也具有同样的操作功能）；在命令窗口中，可使用方向
控制工程基础实验报告
控制工程基础[英]实验 实验一.典型环节的模拟研究： 已知一个小车、倒单摆系统非线性系统方程为： ( 2.92)0.008x x u =-+ 20.004sin 36cos n n x θωθωθθ=-+- 其中假设 (0)0;(0)0.2x x ==， (0)0;(0); 6.781,n θθπω=== （1）要求绘出系统[0,10]t ∈的状态响应曲线 （2）并将上述系统在0θ≈的条件下线性化，并要求绘出线性化后系统 [0,10]t ∈的状态响应曲线，并与非线性系统状态响应曲线相比较。 (1)下面利用Simulink 对该系统进行仿真如下图所示。 图1.倒单摆系统仿真图 在图中已经对主要信号进行了标注下面给出每个未标注信号后加入放大器的增益： 008.092.2= 阶跃K 008 .01 -=一阶微分x K 98.45=二阶微分θK 通过示波器Scope 和Scope1观察x(t)和θ(t)的波形图如下所示。
图2.x(t)波形图3.θ(t)波形（2）将上述系统在0 θ≈的条件下线性化，则方程组改写成如下形式： ( 2.92)0.008 x x u =-+ 2 0.004sin36 n n x θωθωθ =-+- 在Simulink中对系统仿真如下所示。 图4.线性化后仿真系统 通过示波器模块可以观察输出信号，图形如下图所示。
图5.x(t)输出波形 图6.θ（t ）输出波形 实验二.典型系统时域响应动、静态性能和稳定性研究； 已知系统的开环传递函数为 2()11G s s s = ++ （1）利用已知的知识判断该开环系统的稳定性（系统的特征方程根、系统零极点表示法）。 （2）判别系统在单位负反馈下的稳定性，并求出闭环系统在[0,10]t ∈内的脉冲响应和单位阶跃响应，分别绘制出相应响应曲线。 （1）该系统的特征方程的根、零极点表示的求解代码如下：
模拟电路仿真实验
模拟电路仿真实验 实验报告 班级： 学号： 姓名：
多级负反馈放大器的研究 一、实验目的 （1）掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。 （2）学习集成运算放大器的应用，掌握多级集成运放电路的工作特点。 （3）研究负反馈对放大器性能的影响，掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。 1.测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、反馈网络的电压反馈系数的通频带； 2.比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别； 3.观察负反馈对非线性失真的改善。 二、实验原理及电路 （1）基本概念： 1.在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。 若反馈的结果使净输入量减小，则称之为负反馈；反之，称之为正反馈。若反馈存在于直流通路，则称为直流反馈；若反馈存在于交流通路，则称为交流反馈。 2.交流负反馈有四种组态：电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈。若反馈量取自输出电压，则称之为电压反馈；若反馈量取自输出电流，则称之为电流反馈。输入量、反馈量和净输入量以电压形式相叠加，称为串联反馈；以电流形式相叠加，称为并联反馈。 3.在分析反馈放大电路时，“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路；“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法，反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，使净输入量增大的为正反馈；“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈支路与输出支路是否有直接接点，如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈，否则为电流反馈；“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接接点，如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈，否则为串联反馈。 4.引入交流负反馈后，可以改善放大电路多方面的性能：提高放大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽通频带、减小非线性失真等。实验电路如图所示。该放大电路由两级运放构成的反相比例器组成，在末级的输出端引入了反馈网路C f 、R f2和R f1，构成了交流电压串联负反馈电路。 R110kΩ R2100kΩ R3 10kΩ R43.9kΩ R53.9kΩ R63.9kΩ R7200kΩ R81kΩ R94.7kΩR10300kΩ U1A LM324N 3 2 11 41 U1C LM324N 10 9 11 4 8 C110uF C210uF C3 10uF J1 Key = Space J2 Key = A VCC 10V VEE -10V 1 4 10 8 11 12 13 7 3 6 5VEE VCC 2 9
机械控制工程基础实验指导书版
河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》
目录 实验任务和要求............................................................................................................................................. 实验模块一MATLAB基础实验............................................................................................................
实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是： 1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设 2、按实验指导书要求进行操作；在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指 导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑，整理实验桌子，恢复到实验前的情况。
4、认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹要清楚， 画曲线要用坐标纸，结论要明确。 5、爱护实验设备，遵守实验室纪律。 实验模块一MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的 建立 一、预备知识 1.MATLAB的简介 MATLAB为矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源：20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位：和Mathematica、Maple并称为三大数学软件，在数学类科技应用软件中，在数值计算方面首屈一指。 功能：矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言
清华控制工程基础-实验1 Matlab仿真实验
实验一 Matlab 仿真实验 基本实验 1、 对于一阶惯性系统 G s s ()= +K T 1 当分别取以下几组参数时，试画出系统单位阶跃响应曲线、频率特性乃氏图和伯德图。 1).K=1,T=10; 2).K=1,T=1; 3).K=1,T=0.1 结果：
2、 对于二阶系统 G s s s ()= ++1 2122T T ζ 分别就T=1和T=0.1，?分别取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10时，画出系统单位阶跃响应曲线、频率特性乃氏图和伯德图。 结果：
3、自构造高阶系统，试利用Matlab软件工具分析其时域、频域特性。 构造高阶系统 2 32 0.01315 () 0.00040.120100 s s G s s s s ++ = +++ 利用软件画出系统单位阶跃响应曲线、频率特性乃氏图和伯德图如下： 4、对于下列系统，试画出其伯德图，求出相角裕量和增益裕量，并判其稳定性 （1） )1 0047 .0 )( 1 03 .0( 250 ) ( ) ( + + = s s s s H s G 伯德图：
增益裕量：-0.1366dB 相角裕量：-0.3080degree 故，闭环后系统不稳定。 （2） ) 10047.0)(103.0)(110() 15.0(250)()(++++=s s s s s s H s G 伯德图： 增益裕量：25.2910dB 相角裕量：58.0765degree 故，闭环后系统稳定。 实验目的 1） 熟悉直流伺服电机控制系统各环节的传递函数模型； 2）根据给定的性能指标，设计速度环与位置环的控制器参数。 实验内容及要求 2.1 速度环仿真实验 图1－1 双环调速系统简化方框图
控制工程-实验指导书-修订版
《控制工程基础》实验指导书常熟理工学院机械工程学院 2009.9
目录 1.MATLAB时域分析实验 (2) 2.MATLAB频域分析实验 (4) 3.Matlab校正环节仿真实验 (8) 4.附录：Matlab基础知识 (14)
实验1 MATLAB 时域分析实验 一、实验目的 1． 利用MATLAB 进行时域分析和仿真。 要求：(1)计算连续系统的时域响应（单位脉冲输入，单位阶跃输入，任意输入）。 2．掌握Matlab 系统分析函数impulse 、step 、lsim 、roots 、pzmap 的应用。 二、实验内容 1．已知某高阶系统的传递函数为 ()265432 220501584223309240100 s s G s s s s s s s ++=++++++，试求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应和单位加速度响应。 MATLAB 计算程序 num=[2 20 50]; den=[1 15 84 223 309 240 100]; t= (0: 0.1: 20); figure (1); impulse (num,den,t); %Impulse Response figure (2); step(num,den,t);%Step Response figure (3); u1=(t); %Ramp.Input hold on; plot(t,u1); lsim(num,den,u1,t); %Ramp. Response gtext(‘t’); figure (4); u2=(t.*t/2);%Acce.Input u2=(0.5*(t.*t)) hold on; plot(t,u2); lsim(num,den,u2,t);%Acce. Response
控制工程基础实验报告
实验报告 课程名称：______化工原理实验___________指导老师：________________成绩：__________________ 实验名称：_____流体流动阻力测定和离心泵的特性曲线测定______ 实验类型：________________同组学生姓名：___叶天壮、温茂林_______ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 实验一 流体流动阻力测定 一．实验目的和要求。 1) 掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法。 2) 测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区内λ与Re 的关系曲线。 3) 测定流体流经管件（阀门）时的局部阻力系数ξ。 4） 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。 二．实验仪器和设备 1）实验装置如下图所示 1—水箱 2—离心泵 3、10、11、12、13、14—压差传感器 4—温度计 5—涡轮流量计 6—孔板（或文丘里）流量计 7、8、9—转子流量计 15—层流管实验段 16—粗糙管实验段 17—光滑关实验段 18—闸阀 19—截止阀 20—引水漏斗 21、22—调节阀 23—泵出口阀 24—旁路阀（流量校核） a b c d e f g h — 取压点 专业：过程装备与控制工程 姓名：____郝春永________ 学号：____3140104498__ 日期：____2016.12.2__ 地点：____教十 1208__
实验一 典型环节的电路模拟与数字仿真实验
实验一典型环节的电路模拟与数字仿真实验 一实验目的 通过实验熟悉各种典型环节传递函数及其特性，掌握电路模拟和数字仿真研究方法。 二实验内容 1.设计各种典型环节的模拟电路。 2.编制获得各种典型环节阶跃特性的数字仿真程序。 3.完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。 4.运行所编制的程序，完成典型环节阶跃特性的数字仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。 三实验步骤 1.熟悉实验设备，设计并连接各种典型环节的模拟电路； 2.利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响； 3.用MATLAB编写计算各典型环节阶跃特性的数字仿真研究，并与电路模拟测试结果作比较。分析实验结果，完成实验报告。 四实验结果 1.积分环节模拟电路、阶跃响应
仿真结果： 2.比例积分环节模拟电路、阶跃响应 仿真结果：
3.比例微分环节模拟电路、阶跃响应 仿真结果： 4.惯性环节模拟电路、阶跃响应
仿真结果： 5.实验结果分析： 积分环节的传递函数为G=1/Ts(T为积分时间常数)，惯性环节的传递函数为G=1/(Ts+1)（T为惯性环节时间常数）。 当时间常数T趋近于无穷小，惯性环节可视为比例环节， 当时间常数T趋近于无穷大，惯性环节可视为积分环节。
实验二典型系统动态性能和稳定性分析的电路模拟与数 字仿真研究 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 1.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.熟悉实验设备，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； 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； 3.二阶系统模拟电路的参数观测参数对系统的动态性能的影响； 4.分析结果，完成实验报告。 四实验结果 典型二阶系统 仿真结果：1）过阻尼
控制工程基础教案实验1典型环节的模拟(matlab应用于机械控制工程)
线性控制系统分析与设计 6.1.2传递函数描述法 MATLAB中使用tf命令来建立传递函数。 语法： G=tf(num,den) %由传递函数分子分母得出 说明：num为分子向量，num=[b1,b2,…,bm,bm+1]；den为分母向量，den=[a1,a2,…,an-1,an]。【例6.1续】将二阶系统描述为传递函数的形式。 num=1; den=[1 1.414 1]; G=tf(num,den) %得出传递函数 6.1.3零极点描述法 MATLAB中使用zpk命令可以来实现由零极点得到传递函数模型。 语法： G=zpk(z,p,k) %由零点、极点和增益获得 说明：z为零点列向量；p为极点列向量；k为增益。 【例6.1续】得出二阶系统的零极点，并得出传递函数。 z=roots(num) p=roots(den) zpk(z,p,1) 程序分析：roots函数可以得出多项式的根，零极点形式是以实数形式表示的。 部分分式法是将传递函数表示成部分分式或留数形式： 【例6.1续】将传递函数转换成部分分式法，得出各系数。 [r,p,k]=residue(num,den) 2. 脉冲传递函数描述法 脉冲传递函数也可以用tf命令实现。 语法： G=tf(num,den,Ts) %由分子分母得出脉冲传递函数 说明：Ts为采样周期，为标量，当采样周期未指明可以用-1表示，自变量用'z'表示。 【例6.2续】创建离散系统脉冲传递函数。 num1=[0.5 0]; den=[1 -1.5 0.5]; G1=tf(num1,den,-1) 3. 零极点增益描述法 离散系统的零极点增益用zpk命令实现。 语法： G=zpk(z,p,k,Ts) %由零极点得出脉冲传递函数 【例6.2续】使用zpk命令产生零极点增益传递函数。 G3=zpk([0],[0.5 1],0.5,-1) 6.2线性系统模型之间的转换 6.2.1连续系统模型之间的转换
控制工程基础仿真实验
控制工程基础仿真实验 一．实验目的 通过仿真实验，直观了解各典型环节的时间响应和频率响应，巩固课程中所学的基本概念和基本原理。 二．实验要求 学生可自由组合，1至3人一组，要求根据实验内容，完成计算机仿真实验，并对仿真结果进行分析, 撰写实验报告。 三．实验内容（课程教材所附光盘中的仿真实验） 实验1. 一阶系统的单位脉冲响应 输入5个不同的时间常数，观察一阶系统单位脉冲响应曲线的变化，分析时间常数T 对系统性能的影响。 实验2. 一阶系统的单位阶跃响应 （1） 输入3个不同的时间常数，观察一阶系统单位阶跃响应曲线的变化，将响应曲线绘 制在坐标纸上，并分析时间常数T 对系统性能的影响。 （2） 若通过实验已测得一阶系统的单位阶跃响应曲线，试说明如何通过该曲线确定系统 的时间常数T 。 实验3. 二阶系统的单位脉冲响应 保持系统的无阻尼固有频率2=n ω不变，改变系统的阻尼比ξ为0.1，0.5，0.7，1和2，观察系统的响应曲线变化情况，并分析阻尼比ξ如何影响系统的性能。 实验4. 二阶系统的单位阶跃响应 保持系统的无阻尼固有频率5=n ω不变，改变系统的阻尼比ξ为0.1，0.5，0.7，1和2，观察系统的响应曲线变化情况，将响应曲线绘制在坐标纸上，并分析阻尼比ξ如何影响二阶系统的性能。 实验5. Nyquist 图 分别绘制下列开环传递函数的Nyquist 图，并分析相应闭环系统的稳定性。 （1）1 21.006.0105.0)(2+++=s s s s G （2）s s s G 2.01)(?= （3）1029)(?=s s G 实验6. Bode 图 已知系统开环传递函数为) 5)(1()(++=s s s K s G ，当K 的取值为1，10，100和1000
控制工程基础实验报告
控制工程基础实验报告 实验一 典型环节及其阶跃响应 实验目的 1．学习构成典型环节的模拟电路。 2．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 3．学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。 4．熟悉仿真分析软件。 实验内容 各典型环节的模拟电路如下： 1. 比例环节 1 2)(R R s G -= 2. 惯性环节 RC T Ts s G =-=1)( 3. 积分环节 1 221 )(R R K C R T Ts K s G = =+-= 4. 微分环节 RCs s G -=)( 改进微分环节 1 )(12+- =Cs R Cs R s G 5. 比例微分环节 )41()(212s C R R R s G +- = 实验步骤 1．用Workbench 连接好比例环节的电路图，将阶跃信号接入输入端，此时使用理想运放; 2．用示波器观察输出端的阶跃响应曲线，测量有关参数;改变电路参数后，再重新测量,观察曲线的变化。 3． 将运放改为实际元件，如采用“LM741",重复步骤2。
5．仿真其它电路，重复步骤2，3，4。 实验总结 通过这次实验，我对典型环节的模拟电路有了更加深刻的了解,也熟悉了各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对典型环节动态特性的影响；熟悉仿真分析软件。这对以后的控制的学习有很大的帮助。
实验二 二阶系统阶跃响应 实验目的 1． 研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率ωn 对系统动态性能的影响。 2． 学会根据阶跃响应曲线确定传递函数，熟悉二阶系统的阶跃响应曲线。 实验内容 二阶系统模拟电路如图： 1 )/(1 )(122 22 ++-= RCs R R s C R s G 思考：如何用电路参数表示ξ和ωn 实验步骤 1． 在workbench 下连接电路图；将阶跃信号接入输入端，用示波器观测记录响应信号； 2．取ωn=10rad/s,即令R=100K,C=1uf ：分别取ξ=0，0.25,0.5,0.7,1,2, 即取R1=100K,考虑R2应分别取何值，分别测量系统阶跃响应，并记录最大超调量δp%和调节时间ts 。 3． 取ξ=0.5，即R1=R2=100K ；ωn=100rad/s ，即取R=100K ，C=0.1uf ，注意：两个电容同时改变，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量δp%和调节时间ts 。 4． 取R=100K ，C=1uf ，R1=100K ，R2=50K ，测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录最大超调量δp%和调节时间ts 的数值。 5． 记录波形及数据。 6. 取C=1nF ，比较理想运放和实际运放情况下系统的阶跃响应。