运动控制实验讲义(自动化)

运动控制系统实验

实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一．实验目的

1．熟悉晶闸管直流调速系统的组成结构；

2．掌握晶闸管直流调速系统参数与环节特性的测定方法。

二．实验内容

1．测定晶闸管整流装置的外特性；

2．测定晶闸管触发及整流装置的放大系数；

3．用直流伏安法测量直流电动机的电枢电阻和电抗器电阻；

4．直流电动机电势常数Ce和转矩常数C M的测定；

5．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M（选做）；

6．测定直流电动机－发电机－测速发电机组的飞轮惯量GD2；

7．绘制自由停车曲线n=f ( t )（选做）；

8．测速发电机特性U TG=f (n)的测试；

9．用交流伏安法测量直流电动机电枢回路的电感；

10．计算主电路电磁时间常数测定。

三．实验系统组成和工作原理

晶闸管直流调速系统由三相交流电路、晶闸管整流调速装置、平波电抗器，电动机——发电机组等组成。

本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。

四．实验设备及仪器

见表3－1

五．注意事项

为防止电枢过大电流的冲击，每次增加U g 须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。

表3－1实验设备及仪器

六．实验方法

1．测定整流装置的外特性u ＝f( I )，并确定其内阻r 。

⑴ 实验原理 见图3－1

图

3－1 整流装置外特性测试原理图

⑵ 数据测定及处理

每次实验前，都应将负载电阻R 的阻值置于最大。由于考虑到整流装置内阻的

非线性关系，因此在实验中应测定不同的α角时的外特性曲线u ＝f( I )，α值可取三种不同的角度，对于每个不同的α值，通过改变R 的大小，可测取其4个左右的相应参数，并描述u ＝f( I )曲线（应为直线簇），该直线的斜率即为r 。

r＝△u /△I（合理选择△u 、△I的值）

在实验中，应注意负载电流不得超过其额定值0.6A；每次重新改变α时，R应置于最大位置。

2．触发－整流装置放大系数K

S

的测定。

实验原理图见图3－1

实验前，将负载电阻R d的阻值置于最大。对于不同的U CT，测出对应的输出电压U d。

根据K S=△U d/△U CT，即可求出相应的放大系数。

⑶由于K S为空载放大系数，且又要保持系统的电流连续，故在实验中I d的值不能太小。同时，也不能超过额定值。

3．用直流伏安法测定直流电动机电枢电阻R

a

、电抗器电阻R L

⑴实验原理框图

见图3－2

⑵按图接线。

注意：此时电动机不加励磁，使其堵转。

将给定电位器RP1逆时针调到底，使U CT＝0。

⑶合上电源，逐步缓慢地增大U CT，使负载电流增大至一定值（如0.3A）时，记下此时的U1、U2与I d的数据，根据公式：

R

a

＝U2/I d 、R L=U1 / I d即可求出所需值。

在测试过程中，由于电机处于堵转状态，因此测量时间要短，以防电机过热。

图3－2 直流电动机电枢电阻、电抗器电阻测试原理图

4．电动机电势常数C e和转矩常数C

M

的测定

⑴实验原理框图

参见图3－2。通电测试前，将电动机励磁线圈加额定励磁。

⑵合上电源，使电动机空载运行。改变U CT，即可改变电动机电枢电压U a，从而可得到相应的转速n，由下列公式可求出C e。

C e＝Keφ＝（U a2－U a1）/（n2－n1）I f＝0

C e 的单位为V /（r/min ）

转矩常数(额定磁通时)C M 的单位为N.m/A ，可由Ce 求出 C M =9.55Ce

5．系统机电时间常数Tm 的测定

系统的机电时间常数可由下式计算

2

()/375M Tm GD R CeL ＝

由于T m >>T d ，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 Ud TmS K n )1/(

当电枢突加给定电压时，转速n 将按指数规律上升，当n 到达63.2%稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。

将给定电位器RP1逆时针调到底，使U CT =0，电动机M 加额定励磁。

U CT

6．直流电动机—发电机—测速发电机组的飞轮惯量GD 2的测定。

电力拖动系统的运动方程式为 T －T Z =（GD 2/375）dn/dt

式中 T —电动机的电磁转矩，单位为N.m;

T Z ：负载转矩，空载时即为空载转矩T K ，单位为N.m; n ：电机转速，单位为r/min;

电机空载自由停车时，运动方程式为： T K = －（GD 2/375）dn/dt

故 2

375//K GD T dn dt ＝

式中GD 2的单位为Nm 2.

T K 可由空载功率P K （单位为W ）求出。

9.55/K K T P n ＝

而P K ＝U a I a －I a 2R a

其中：U a 为电动机电枢电压；

R a 为电动机电枢电阻。

dn/dt 可由自由停车时所得曲线n= f (t)求得，其实验线路如图3－3所示。 电动机加额定励磁。

给定电位器RP1逆时针调到底，使U CT =0。

合上主电路电源开关，调节U CT ，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压U a 和电流I d ，然后断开U CT ，用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的T K 和dn/dt 。由于空载转矩不是常数，可以转速n 为基准选择若干个点（如1000r/min ，1200r/min ），测出相应的T K 和dn/dt ，以求取GD 2的平均值。

7．测绘自由停车曲线n ＝f （t ）

将电动机在空载下加速至额定转速，待转速稳定后保持励磁电流不变，突然切断主回路电源，电动机将在空载制动力矩的作用下自由停车，利用慢扫描示波器描出自由停车曲线n ＝f （t ）。

8．测速发电机特性U TG =f (n )的测定

实验线路如图3－3所示。

电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压U CT ，分别读取对应的U TG 、n 的数

电枢回路总电感包括电机的电枢电感La ，平波电抗器电感L d 和整流变压器漏感L B ，由于L B 的数值很小，因此可忽略。故电枢回路的等效总电感为：

L ＝La ＋L d

电感的数值可用交流伏安法测定。此时，电动机应加额定励磁使其堵转。实验线路如图3－4所示。

合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压。用电压表和电流表分别测出通入交流电压后电枢两端和电抗器上的电压值U a 和U L 及电流I ，从而可得到交流阻抗Z a 和Z L ，计算出电感值L a 和L d 。

实验时，交流电压的有效值应小于电机直流电压的额定值，

Z a=U a/I

Z L=U L/I

＝图3－4 电枢回路电感L的测定

10．主电路电磁时间常数的计算

主电路电磁时间常数也可由下列公式计算

T d＝L/R∑

R∑＝r＋R a+R L

七．实验报告

1．作出实验所得各种曲线，计算有关参数；

2．实验心得体会。

实验二闭环控制及逻辑无环流可逆直流调速系统

一、实验目的

1．掌握闭环直流调速系统、逻辑无环流可逆直流调速系统的组成及各主要单元部件的工作原理；

2．认识闭环反馈控制系统的基本特性；

3．掌握晶闸管直流调速系统的一般设计与调试步骤以及相关参数的整定方法；

4．掌握闭环控制直流调速系统的静态特性与动态特性；

5．研究相关调节器参数对系统动态特性的影响；

6．熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成；

7．掌握逻辑无环流可逆直流调速系统中各控制单元的原理、作用及调试方法；

8．掌握逻辑无环流可逆直流调速系统的调试步骤和方法；

9．掌握逻辑无环流可逆直流调速系统的静态特性和动态特性。

为培养提高学生的自主创新与动手能力，通过实验的手段使学生掌握晶闸管-直流电动机系统的组成与工作原理、控制单元的工程设计方法以及参数的测试等。该实验除包含运动控制课程直流调速系统的核心环节外，同时还涉及到《电力电子技术》、《自动控制原理》、《电子技术基础》（模拟、数字）等相关课程，要圆满完成本实验内容，学生必须在熟练掌握本课程理论知识的基础上，还需结合所学的其它专业理论，并在课外查阅相关技术资料，作出初步设计方案，经老师认可后，在实验室完成相应的实验，予以调试且最终完成任务。

二、实验内容

1、直流电机开环外特性的测定；

2、基本单元部件（速度调节器、电流调节器）的调试；

⑴调节器的调整

①调节器的调零；

②正负限幅值的调整

⑵转速反馈系数的整定

⑶电流反馈系数的整定

3、转速单闭环直流调速系统静特性的测试；

4、电流单闭环直流调速系统静特性的测试；

5、双闭环不可逆直流调速系统静特性的测试；

⑴机械特性的测定

⑵闭环控制特性的测定

6、双闭环不可逆直流调速系统动态特性的观察；

7、逻辑无环流可逆直流调速系统单元测试；

⑴“转矩极性鉴别”单元的调试

自动控制原理实验讲义

自动控制原理实验指导书

实验一 控制系统典型环节的模拟 一、 实验目的 1、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路 2、测量典型环节的阶跃响应曲线 3、通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响 二、 实验仪器 1、自控原理电子模拟实验箱一台 2、电脑一台（虚拟示波器） 3、万用表一只 三、 实验原理 以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R 、C 构成。 基于图中A 点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得： 1 20)(Z Z U U s G i =-= （1） 由上式可求得由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。 1、比例环节 比例环节的模拟电路如图1-2所示： 图1-1、运放的反馈连接 1 2 12)(R R Z Z s G == （2） 图1-2 比例环节 取参考值K R 1001=，K R 2002=；或其它的阻值。 2、惯性环节 惯性环节的模拟电路如图1-3所示： 1 11/1/)(21212212+= +?=+==TS K CS R R R R CS R CS R Z Z s G （3）

图1-3 惯性环节 取参考值K R 1001=，K R 1002=，uF C 1=。 3、积分环节 积分环节的模拟电路如图1-4所示： TS RCS R CS Z Z s G 1 11)(12==== （4） 图1-4 积分环节 取参考值K R 200=，uF C 1=。 4、比例积分环节 积分环节的模拟电路如图1-5所示： )11()11(11/1)(2212112121212S T K CS R R R CS R R R CS R CS R R CS R Z Z s G +=+?=+=+=+== （5） 图1-5 比例积分环节 取参考值K R 2001=，K R 4002=，uF C 1=。 5、比例微分环节 比例微分环节的模拟电路如图1-6所示：

《自动控制原理》

《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 G200 , 100 2 ) ( 2 1 1 2 1 2= = - = - = - = 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 1 1 ) ( 1+ = s s G和 1 5.0 1 ) ( 2+ = s s G ③积分环节 s s G1 ) ( 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 G1 1 ) ( 1 + =和s s G21 1 ) ( 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

过程控制系统实验报告材料(最新版)

实验一、单容水箱特性的测试 一、实验目的 1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。 二、实验设备 1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2. 计算机及相关软件 3. 万用电表一只 三、实验原理 图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时 Q1-Q2=0 (1)

动态时，则有 Q1-Q2=dv/dt (2) 式中 V 为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与 H 的关系为 dV=Adh ,即dV/dt=Adh/dt (3) A 为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得 Q1-Q2=Adh/dt (4) 基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为 Q1-h/RS=Adh/dt 即 ARsdh/dt+h=KQ1 或写作 H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5) 式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。 式(5)就是单容水箱的传递函数。 对上式取拉氏反变换得 (6) 当t—>∞时,h(∞)=KR0 ,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当 t=T 时，则有 h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)

式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图 2-2 所示。当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T。该时间常数 T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。如果对象的阶跃响应曲线为图2-3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ,BC为对象的时间常数T,所得 的传递函数为： 四、实验内容与步骤 1．按图2-1接好实验线路,并把阀V1和V2开至某一开度,且使V1的开度大于V2的开度。 2．接通总电源和相关的仪表电源,并启动磁力驱动泵。

《自动控制原理》实验指导书

自动控制原理实验指导书 池州学院 机械与电子工程系

目录 实验一、典型线性环节的模拟 (1) 实验二、二阶系统的阶跃响应 (5) 实验三、根轨迹实验 (7) 实验四、频率特性实验 (10) 实验五、控制系统设计与校正实验 ......................................... 错误！未定义书签。实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验...................... 错误！未定义书签。实验七、采样控制系统实验 ..................................................... 错误！未定义书签。实验八、典型非线性环节模拟 ................................................. 错误！未定义书签。实验九、非线性控制系统分析 ................................................. 错误！未定义书签。实验十、非线性系统的相平面法 ............................................. 错误！未定义书签。

实验一、典型线性环节的模拟 一、实验目的： 1、学习典型线性环节的模拟方法。 2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。 二、实验设备： 1、XMN-2型实验箱； 2、LZ2系列函数记录仪； 3、万用表。 三、实验内容： 1、比例环节： r(t) 方块图模拟电路 图中： i f P R R K= 分别求取R i=1M，R f=510K，（K P=0.5）； R i=1M，R f=1M，（K P=1）； R i=510K，R f=1M，（K P=2）； 时的阶跃响应曲线。 2、积分环节： r(t) 方块图模拟电路图中：T i=R i C f 分别求取R i=1M，C f=1μ，（T i=1s）； R i=1M，C f=4.7μ，（T i=4.7s）；）；

《自动控制原理 》实验讲义

《自动控制原理》 实验讲义 目录 实验一典型环节的时域响应 (2) 实验二典型系统的时域响应和稳定性分析 (12) 实验三线性系统的频域响应分析 (17) 实验四线性系统的校正 (23) 实验五线性系统的根轨迹分析 (26) 安徽大学电气工程与自动化学院 2010年9月 张媛媛编写

实验一典型环节的时域响应 时域分析法是在时间域内研究控制系统在各种典型信号的作用下系统响应（或输出）随时间变化规律的方法。因为它是直接在时间域中对系统进行分析的方法，所以具有直观、准确的优点，并且可以提供系统响应的全部信息。下面就实验中将要遇到的一些概念做以简单介绍： 1、稳态分量和暂态分量：对于任何一个控制系统来说，它的微分方程的解，总是包括两部分：暂态分量和稳态分量。稳态分量反映了系统的稳态指标或误差,而暂态分量则提供了系统在过渡过程中的各项动态性能信息。 2、稳态性能和暂态性能：稳态性能是指稳态误差，通常是在阶跃函数、斜坡函数或加速度函数作用下进行测定或计算的。若时间趋于无穷时，系统的输出量不等于输入量或输入量的确定函数，则系统存在稳态误差。稳态误差是对系统控制精度或抗扰动能力的一种度量。暂态性能又称动态性能，指稳定系统在单位阶跃函数作用下，动态过程随时间t的变化规律的指标。其动态性能指标通常为： ? 延迟时间td：指响应曲线第一次达到其终值一半所需的时间。 ? 上升时间tr：指响应从终值10％上升到终值90％所需的时间。对于有振荡的系统，亦可定义为响应从第一次上升到终值所需的时间。上升时间是系统响应速度的一种度量，上升时间越短，响应速度越快。 ? 峰值时间tp：指响应超过其终值到达第一个峰值所需的时间。 ? 调节时间ts：指响应到达并保持在终值±5％或±2％内所需的时间。 ? 超调量δ％：指响应的最大偏离量 h (tp) 与终值h (∞) 之差的百分比。 上述五个动态性能指标基本上可以体现系统动态过程的特征。在实际应用中，常用的动态性能指标多为上升时间、调节时间和超调量。通常，用tr或tp评价系统的响应速度；用δ％评价系统的阻尼程度；而ts是反映系统响应振荡衰减的速度和阻尼程度的综合性能指标。应当指出，除简单的一、二阶系统外，要精确确定这些动态性能指标的解析表达式是很困难的。本章通过对典型环节、典型系统的时域特性的实验研究来加深对以上概念的认识和理解。 1.1 典型环节的时域响应 1.1 实验目的 1．熟悉并掌握TD-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响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。 1.2 实验设备 PC机一台，TD-ACC实验系统一套。 1.3 实验原理及内容

杭电《过程控制系统》实验报告

实验时间：5月25号 序号： 杭州电子科技大学 自动化学院实验报告 课程名称：自动化仪表与过程控制 实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验 实验名称：上水箱液位PID整定实验 实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验 指导教师：尚群立 学生姓名：俞超栋 学生学号：09061821

实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的 （1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 （2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。二．实验设备 AE2000型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。 三、系统结构框图 单容水箱如图1-1所示： Q2 图1-1、单容水箱系统结构图 四、实验原理 阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。 图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀

h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞) 0 T V 2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得： 式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为： 当t=T 时，则有： h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e -t/T ) 当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入 式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得图1-2所示的 阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T ，该时间常数T 也可以通过坐标原点对响应曲线 图 1-2、 阶跃响应曲线

自动控制原理实验书(DOC)

目录 实验装置介绍 (1) 实验一一、二阶系统阶跃响应 (2) 实验二控制系统稳定性分析 (5) 实验三系统频率特性分析 (7) 实验四线性系统串联校正 (9) 实验五 MATLAB及仿真实验 (12)

实验装置介绍 自动控制原理实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是：一方面，通过实验使学生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；另一方面，帮助学生学习和提高系统模拟电路的构成和测试技术。 TAP-2型自动控制原理实验系统的基本结构 TAP-2型控制理论模拟实验装置是一个控制理论的计算机辅助实验系统。如上图所示，TAP-2型控制理论模拟实验由计算机、A/D/A 接口板、模拟实验台和打印机组成。计算机负责实验的控制、实验数据的采集、分析、显示、储存和恢复功能，还可以根据不同的实验产生各种输出信号；模拟实验台是被控对象，台上共有运算放大器12个，与台上的其他电阻电容等元器件配合，可组成各种具有不同系统特性的实验对象，台上还有正弦、三角、方波等信号源作为备用信号发生器用；A/D/A 板安装在模拟实验台下面的实验箱底板上，它起着模拟与数字信号之间的转换作用，是计算机与实验台之间必不可少的桥梁；打印机可根据需要进行连接，对实验数据、图形作硬拷贝。 实验台由12个运算放大器和一些电阻、电容元件组成，可完成自动控制原理的典型环节阶跃响应、二阶系统阶跃响应、控制系统稳定性分析、系统频率特性测量、连续系统串联校正、数字PID 、状态反馈与状态观测器等相应实验。 显示器 计算机 打印机 模拟实验台 AD/DA 卡

实验一一、二阶系统阶跃响应 一、实验目的 1．学习构成一、二阶系统的模拟电路，了解电路参数对系统特性的影响；研究二阶系统的两个重要参数：阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn对动态性能的影响。 2．学习一、二阶系统阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算一、二阶系统的传递函数。 二、实验仪器 1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理 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一、二阶系统，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟一、二阶系统，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。 四、实验内容 构成下述系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 1．一阶系统的模拟电路如图

自动控制原理实验1-6

实验一MATLAB 仿真基础 一、实验目的： （1）熟悉MATLAB 实验环境，掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。 （2）掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 （3）掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。 （4）学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。 二、实验设备和仪器 1．计算机；2. MATLAB 软件 三、实验原理 函数tf ( ) 来建立控制系统的传递函数模型，用函数printsys ( ) 来输出控制系统的函数，用函数命令zpk ( ) 来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：sys = zpk ( z, p, k )零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feedback ( ) 函数求得。 则feedback （）函数调用格式为： sys = feedback （sys1, sys2, sign ） 其中sign 是反馈极性，sign 缺省时，默认为负反馈，sign ＝-1；正反馈时，sign ＝1；单位反馈时，sys2＝1，且不能省略。 四、实验内容： 1.已知系统传递函数，建立传递函数模型 2.已知系统传递函数，建立零极点增益模型 3．将多项式模型转化为零极点模型 1 2s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(332 2++++++= s s s s s s s s G 12s 2s s 3s (s)23++++= G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G

自动化仪表与过程控制实验讲义(DOC)

《自动化仪表与过程控制》实验讲义 电子电气工程学院 2016年2月

实验一 水箱液位数学模型测定 一般情况下，系统特性实验是属于开发性测试。在用户现场一般不会再次进行，如果用户有兴趣可以抽取进行。测试的对象实际包括控制系统。单容系统测试和多容系统的编程和界面都一样，只是出水口和目标液位对象不同。多容系统的特性时间更长。 5.1.1 实验题目描述 阀门的开度，以及调速器、水泵的特性都可能影响到系统的传递函数，所以没有一样的传递函数，但是在一定的液位高度范围内和一定的开度下，系统时间基本是一样的。阀门的开度会影响到传递函数，所以同学们测量的数据可能不同。 把系统作为一阶系统，传递函数G(S)=K/(TcS+1)。对于单容水箱，如果考虑进行线性简化，可以认为它是一阶惯性环节加纯延迟的系统 )1/()(+=-Ts Ke s G s τ。由于纯延迟相对系统时间比较少。可以不考虑纯延迟。 下面求出系统时间参数Tc 和增益K 。 直接在调速器上加定值电流，从而使得水泵具有固定的流量。可以通过智能调节仪表手动给定，或者AO 模块直接输出电流，调整水箱出口到一定的开度，等待稳定后，突然加大调速器上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型，测试工艺如图5-1-1所示。 图5-1-1 单容液位特性测量流程图 相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》 ，金以慧编著。实验方案连线如表5-1-1所示。

5.1.2 实验步骤和数据记录 步骤如下： 1、JV12全开，JV16打开45度左右（由于开度不同，特性也有差异），其余阀门关闭。 2、将LT101连到AI0输入端，AO0输出端连到U101(手动输出)。 3、工艺对象上电，控制系统上电，调速器U101上电，启动P101。 4、启动组态软件，设定U101控制40%，等待系统稳定。液位和流量稳定在某个值。注意观察液面，不能太低，否则不算稳定。 5、设定U101控制45%，记录水位随时间的数据，到新的稳定点或接近稳定。如果阶越太大，可能导致溢出。 6、抓图，修改U101控制量，然后获得一个新的稳定曲线。 7、可以修改JV16开度，重复4和6步。 8、关闭系统，分析数据。 5.1.3 实验结果 单容水箱水位阶跃响应曲线，如图5-1-2所示。 图5-1-2 单容测试飞升特性曲线

自动控制理论实验指导书

《自动控制理论》实验指导书

目录 《自动控制原理》实验须知 (3) 一、仪器简介 (3) 二、预习及预习报告 (6) 三、实验及实验报告 (6) 实验一典型环节及其阶跃响应 (7) 实验二控制系统的瞬态响应 (12) 实验三控制系统的稳定性分析 (14) 实验四系统的频率特性测量 (16) 实验五连续系统的串联校正 (19)

《自动控制原理》实验须知 一、仪器简介 本课程实验的仪器主要为爱迪克labACT自控/计控原理教学实验系统。 (一) 构成 labACT自控/计控原理实验机由以下七个模块组成： 1．自动控制原理实验模块 2．计算机控制原理实验模块 3．信号源模块 4．控制对象模块 5．虚拟示波器模块 6．控制对象输入显示模块 7．CPU控制模块 各模块相互交联关系框图见图1-1-1所示： 图1-1-1 各模块相互交联关系框图 自动控制原理实验模块由模拟运算单元及模拟运算扩充库组成，这些模拟运算单元的输入回路和反馈回路上配有多个各种参数的电阻、电容，因此可以完成各种自动控制模拟运算。例如构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例微分环节，PID环节和典型的二阶、三阶系统等。利用本实验机所提供的多种信号源输入到模拟运算单元中去，再使用本实验机提供的虚拟示波器界面可观察和分析各种自动控制实验的响应曲线。 主实验板外形尺寸为35厘米×47厘米，主实验板的布置简图见图1-1-2所示。

根据功能本实验机划分了各种实验区均在主实验板上。实验区组成见表1-1-1。

表1-1-1 实验区组成 (二 1）虚拟示波器的显示方式 为了满足自动控制不同实验的要求我们提供了示波器的四种显示方式。 （1）示波器的时域显示方式 （2）示波器的相平面显示（X-Y）方式 （3）示波器的频率特性显示方式有对数幅频特性显示、对数相频特性显示（伯德图），幅相特性显示方式（奈奎斯特图），时域分析（弧度）显示方式。 (4) 示波器的计算机控制显示方式 2）虚拟示波器的设置 用户可以根据不同的要求选择不同的示波器，具体设置方法如下： (1)示波器的一般用法：运行LABACT程序，选择‘工具’栏中的‘单迹示波器’项或‘双迹示波器’

自动控制原理实验1-6

实验一 MATLAB 仿真基础 、实验目的: (1) 熟悉MATLAB 实验环境，掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。 (2) 掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 (3) 掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。 (4) 学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。 二、实验设备和仪器 1 ?计算机；2. MATLAB 软件 三、实验原理 函数tf ()来建立控制系统的传递函数模型，用函数printsys ()来输出控制系 统的函数，用函数命令zpk ()来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式 为：sys = zpk ( z, p, k 零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用 feedback ()函数求得。 则 feedback ()函数调用格式为： sys = feedback (sysl, sys2, sigh 其中sign 是反馈极性，sign 缺省时，默认为负反馈，sign = -1；正反馈时, sig n = 1;单位反馈时，sys2= 1，且不能省略。 四、实验内容： 1. 已知系统传递函数，建立传递函数模型 2 2 5(s 2) (s 6s 7) 3 3 s(s 1) (s 2s 1) 2. 已知系统传递函数，建立零极点增益模型 s 3 飞 2~ s 2s 2s 1 3 ?将多项式模型转化为零极点模型 5(s 2)2(s 2 6s 7) G(s) s 3 s 3 2s 2 2s 1 G(s) G(s)

过程控制实验1

过程控制实验一连续系统的PID控制器参数整定 学院：** 班级：** 姓名：** 学号：**

实验一：连续系统的PID 控制器参数整定 实验要求： 1. 设被控对象为：Cs Bs s s G ++= 2 3 1)(，其中A 为班号，B 为学号，C 所在微机号。 输入信号为单位阶跃信号，采样周期为0.1。.请按 图1所示应用MATLAB 软件环境的SIMULINK 模块搭建控制系统； 例如： 图1 2.应用PID 控制器进行控制，采用稳定边界法（临界比例度法）进行控制器参数 整定，整定步骤如下： (1)在纯比例作用下投入运行。即：PID 控制器的比例系数 p K 从小到大取值， 积分系数 =i K ，微分系数0 =d K 时，获得临界稳定（等幅振荡）曲线。如图 2所示： 图2 (2)记录等幅振荡时的临界比例度k δ值和临界振荡周期k T 值。应用表1中的经验公式计算出D I T T ,,δ的值。 k T

表1 (3)根据计算出的D I T T ,,δ值，换算出比例系数p K ，积分系数 i K ，微分系数d K 的值。 换算公式为： . ,, 1 D p d T p i p T K k T K k k ?== =δ (4)将计算值赋给PID 控制器运行，观察记录其响应曲线。 3.详细记录实验过程，运算过程以及响应曲线，提取响应曲线的性能指标：超调 量和调节时间。 A=3(班级);B=7(班内序号);C=13(电脑号) 超调量：63% 调节时间：5ms k T =1.7；k δ=0.206；i T =0.85；d T =0.2125 kp=30.3;ki=35.647;kd=6.43875; 下面是实验截图：

《自动控制原理》实验指导书

《自动控制原理》实验指导书梅雪罗益民袁启昌许必熙 南京工业大学自动化学院

目录 实验一典型环节的模拟研究--------------------------1 实验二典型系统时域响应和稳定性-------------------10 实验三应用MATLAB进行控制系统根轨迹分析----------15 实验四应用MATLAB进行控制系统频域分析------------17 实验五控制系统校正装置设计与仿真-----------------19 实验六线性系统校正-------------------------------22 实验七线性系统的频率响应分析---------------------26 附录：TDN—ACP自动控制原理教学实验箱简介----------31

实验一 典型环节的模拟研究 一． 实验目的 1．熟悉并掌握TD-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响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) A 方框图：如图1.1-1所示。 图1.1-1 B 传递函数： K S Ui S Uo =) () ( C 阶跃响应：) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = D 模拟电路图：如图1.1-2所示。 图1.1-2 注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K 的电阻，实验中不需要再接。以 后的实验中用到的运放也如此。 E 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。

自动控制原理实验指导书(2017-2018-1)

自动控制原理实验指导书 王娜编写 电气工程与自动化学院 自动化系 2017年11月 实验一控制系统的时域分析

[实验目的] 1、熟悉并掌握Matlab 操作环境和基本方法，如数据表示、绘图等命令； 2、掌握控制信号的拉氏变换与反变换laplace 和ilaplace ，控制系统生成模型的常用函数命令sys=tf(num,den)，会绘制单位阶跃、脉冲响应曲线； 3、会构造控制系统的传递函数、会利用matlab 函数求取系统闭环特征根； 4、会分析控制系统中n ζω， 对系统阶跃、脉冲响应的影响。 [实验内容及步骤] 1、矩阵运算 a) 构建矩阵：A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 解： >> A=[1 2;3 4] A = 1 2 3 4 >>B=[5 5;7 8] B = 5 5 7 8 b) 已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵A 的特征值、特征多项式和特征向量. 解：>> A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4]; >> [V ,D]=eig(A) V = 0.4181 -0.4579 - 0.3096i -0.4579 + 0.3096i -0.6044 0.6211 -0.1757 + 0.2740i -0.1757 - 0.2740i 0.0504 0.5524 0.7474 0.7474 -0.2826 0.3665 -0.1592 - 0.0675i -0.1592 + 0.0675i 0.7432 D = 13.0527 0 0 0 0 -4.1671 + 1.9663i 0 0 0 0 -4.1671 - 1.9663i 0 0 0 0 2.1815 >> p=poly(A) p = -6.9000 -77.2600 -86.1300 604.5500 2. 基本绘图命令 a) 绘制余弦曲线y=cos(x)，x ∈[0，2π] 解：>> x=linspace(0,2*pi); >> y=cos(x); >> plot(x,y)

过程控制系统实验报告

《过程控制系统实验报告》 院－系： 专业： 年级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2015 年6 月

过程控制系统实验报告 部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日 姓名学号班级成绩 实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时 课程名称过程控制系统实验及课程设计教材过程控制系统 一、实验仪器与设备 A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表 二、实验要求 1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。 2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行 比较。 3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行比较。 三、实验原理 (1)控制系统结构 单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。 水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。 控制策略使用PI、PD、PID调节。 (2)控制系统接线表 使用ADAM端口测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端 口 锅炉液位LT101 AI0 AI0 调节阀FV101 AO0 AO0 四、实验内容与步骤 1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。这些步骤不详细介绍。

2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。 3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。 注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。 4、打开设备电源。包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。 5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。 6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各项参数，将调节器的手动控制切换到自动控制。 7、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数。这里不限制使用的方法。 五、实验结果记录及处理 六、实验心得体会： 比例控制特性：能较快克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差。 比例积分特性：能消除余差，它能适用于控制通道时滞较小、负荷变化不大、被控量不允许由余差的场合。 比例微分特性：对于改善系统的动态性能指标，有显著的效果。

自动控制实验讲义_

自动控制原理实验讲义 郭烜 内蒙古民族大学物理与电子信息学院 信息与自动化技术教研室 2018年8月 目录 绪论 第一章自动控制原理实验 实验一 MATLAB软件和THDAQ虚拟实验设备的使用 实验二控制系统的单位阶跃响应 实验三高阶系统的时域动态性能和稳定性研究

实验四线性系统的根轨迹 实验五线性系统的频域分析 实验六线性系统校正与PID控制器设计 第二章自动控制原理模拟实验环境简介 第一节 MATLAB软件系统与Simulink仿真工具 第二节 CZ-AC型自动控制原理实验箱与THDAQ虚拟实验设备 绪论 《自动控制原理》是电子信息专业的专业基础课程，自动控制原理实验课程是一门理论验证型实验课程，结合自动控制理论课开设了一系列相应的实验，使学生理论与实践结合，更好的掌握控制理论。通过实验，学生可以了解典型环节的特性，模拟方法及控制系统分析与校正方法，掌握离散控制系统组成原理，调试方法；使学生加深对控制理论的理解和认识，同时有助于培养学生分析问题和解决问题的工程综合能力，拓宽学生的专业面和知识面，为以后的深入学习与工作打下良好的扎实的基础。

第一章自动控制原理实验 实验一MATLAB软件与THDAQ虚拟实验设备的使用 一、实验目的 1. 学习MATLAB软件、动态仿真环境Simulink以及THDAQ虚拟实验设备的正确使用方法。 2. 掌握建立控制系统数学模型的初步方法。 二、实验设备 计算机、MATLAB软件、CZ-AC型自动控制原理实验箱、THDAQ虚拟实验设备、万用表 三、实验内容及原理 1. MA TLAB基本运算 见第二章1.4节： MA TLAB基本运算 2. 用MATLAB建立控制系统数学模型 控制系统常用的三种数学模型： <1>传递函数模型(多项式模型> 用函数tf(>建立控制系统传递函数模型： 命令调用格式：sys=tf(num, den> 或 printsys(num, den> 也可以用多项式乘法函数conv(>输入num/den 如：， num=5*conv(conv([1,2],[1,2]>,[1,6,7]> <2>零极点模型 调用格式：z=[z1,z2,…,z m]。 p=[p1,p2,…,p n]。 k=[k]。 sys=zpk(z, p, k> <3>部分分式展开式模型 调用格式：[r, p, k]=residue(num, den> 3. 用Simulink建立系统模型 点击MATLAB命令窗口菜单“File”下“New”子菜单下“Model”命令打开扩展名为“.mdl”的模型文件，或在MATLAB命令窗口输入命令“simulink”，选定模块拖到模型设计窗口，单击模块的输入或输出端，当光标变成十字时，拖到目标模块的输出或输入端口，当光标变成双十字时，松开鼠标，形成连接信号线。 4. 用CZ-AC型实验箱构建典型环节的模拟电路 比例环节：，图中：K P= R f/R i

自动控制原理实验

自动控制原理实验 实验报告 实验三闭环电压控制系统研究 学号姓名 时间 2014年10月21日 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、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。 （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、预习与回答： （1）在实际控制系统调试时，如何正确实现负反馈闭环？ 答：负反馈闭环，不是单纯的加减问题，它是通过增量法实现的，具体如下： 1.系统开环； 2.输入一个增或减的变化量； 3.相应的，反馈变化量会有增减； 4.若增大，也增大，则需用减法器； 5.若增大，减小，则需用加法器，即。 （2）你认为表格中加1KΩ载后，开环的电压值与闭环的电压值，哪个更接近2V？ 答：闭环更接近。因为在开环系统下出现扰动时，系统前部分不会产生变化。故而系统不具有调节能力，对扰动的反应很大，也就会与2V相去甚远。 但在闭环系统下出现扰动时，由于有反馈的存在，扰动产生的影响会被反馈到输入端，系统就从输入部分产生了调整，经过调整后的电压值会与2V相差更小些。 因此，闭环的电压值更接近2V。 （3）学自动控制原理课程，在控制系统设计中主要设计哪一部份？ 答：应当是系统的整体框架及误差调节部分。对于一个系统，功能部分是“被控对象”部分，这部分可由对应专业设计，反馈部分大多是传感器，因此可由传感器的专业设计，而自控原理关注的是系统整体的稳定性，因此，控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。 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。

浙工大过程控制实验报告

浙工大过程控制实验报告 202103120423徐天宇过程控制系统实验报告 实验一：系统认识及对象特性测试 一实验目的 1了解实验装置结构和组成及组态软件的组成使用。 2 熟悉智能仪表的使用及实验装置和软件的操作。 3熟悉单容液位过程的数学模型及阶跃响应曲线的实验方法。 4学会有实际测的得单容液位过程的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数，辨识过程的数学模型。二实验内容 1 熟悉用MCGS组态的智能仪表过程控制系统。 2 用阶跃响应曲线测定单容液位过程的数学模型。三实验设备 1 AE2000B型过程控制实验装置。 2 计算机，万用表各一台。 3 RS232-485转换器1只，串口线1根，实验连接线若干。四实验原理 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：

式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数， R1、R2分别为V1、V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。 阶跃响应曲线法是指通过调节过程的调节阀，使过程的控制输入产生一个阶跃变化，将被控量随时间变化的阶跃响应曲线记录下来，再根据测试记录的响应曲线求取输入输出之间的数学模型。本实验中输入为电动调节阀的开度给定值OP，通过改变电动调节阀的开度给定单容过程以阶跃变化的信号，输出为上水箱的液位高度h。电动调节阀的开度op通过组态软件界面有计算机传给智能仪表，有智能仪表输出范围为：0~100%。水箱液位高度有由传感变送器检测转换为4~20mA的标准信号，在经过智能仪表将该信号上传到计算机的组态中，由组态直接换算成高度值，在计算机窗口中显示。因此，单容液位被控对象的传递函数，是包含了由执行结构到检测装置的所有液位单回路物理关系模型有上述机理建模可知，单容液位过程是带有时滞性的一阶惯性环节，电动调节阀的开度op，近似看成与流量Q1成正比，当电动调节阀的开度op为一常量作为阶跃信号时，该单容液位过程的阶跃响应为 需要说明的是表达式（2-3）是初始量为零的情况，如果是在一个稳定的过程下进行的阶跃响应，即输入量是在原来的基础上叠加上op的变化，则输出表达式是对应原来输出值得基础上的增

天津大学自动控制理论实验讲义

自动控制理论实验讲义 天津大学自动化学院 2004

实验一 自动控制系统的模拟分析 一. 实验目的： 1. 学习应用运算放大器线性组件模拟自动控制系统的方法。了解应用模拟的方法分析自动控制系统的原理。 2. 通过实验，验证线性自动控制系统中： 1) 系统开环增益和系统动态性能的关系。 2) 各组成环节的时间常数的分布对系统的动态性能的影响。 3) 增加开环极点或开环零点对系统的动态性能的影响。 二. 实验内容： 1. 应用运算放大器模拟惯性环节（图1-1） ()1K G s Ts =+，其中1,x o R K T R C R =-=(秒 ) 观察输入讯号u r 为阶跃函数时的输出电压u c 的过渡过程曲线。 2. 按照图1-2系统，当K 分别等于0.5、2、4时，输入电压u r 为阶跃函数，由示波器上描绘系统的过渡过程曲线，并响应读出超调量6%，峰值时间t p 及调节时间t s 。 图1-2 3. 改变线路为图1-3所示系统，记录当错开时间常数之后的过渡过程，与2中同样放大倍数(K)时的系统的过渡过程进行比较。 图1-3 4. 改接线路如图1-4所示系统，系统增加一个开环极点，记录其相应的过渡过程。 图1-4

5. 改接线路为图1-5所示之系统，记录增加零点的系统过渡过程。τ值分别 为0.05，0.1，0.2，其中比例-积分环节的模拟线路，可采用图1-6的线路，其传递函数为： 121212 0()(1)G s s k R R C R R R R k R ττ=+?= ++=(秒) 图 1-5 6. 观察比例-微分环节输出的过渡过程曲线。 三．预习报告内容： 1. 画出所有进行试验的系统的模拟图，如图1-7中k=0.5时，应画出如下的 模拟图，图中应标明相应的参数。 2. 用时域方法求出图1-2中所对应系统的动态品质，求出相应的E ，ωn ，t p ， t s 和σ%。

自动控制原理实验

实验二 线性定常系统的瞬态响应与稳定性分析 例1系统传递函数为4 32 4 32 7182313 ()5972 s G s s s s s s s s ++++= ++++，求系统的单位脉冲响应和 单位阶跃响应解析表达式。 （1） 求脉冲响应解析表达式，输入以下程序： num=[1 7 18 23 13]; den=[1 5 9 7 2]; G=tf(num,den); Impulse(G) [k,p,r]=residue(num,den); %应用MATLAB 求传递函数的留数 k=k',p=p',r=r' 解得：k = 1.0000 1.0000 2.0000 2.0000 p = -2.0000 -1.0000 -1.0000 -1.0000 r = 1 根据k 、p 、r 的值可以写出脉冲响应C(S)的部分分式 2 (0.5s+1) (s)= (s+1)(0.5s +s+1) K G s 经拉普拉斯反变换有：-2t -t -t -t (t)=e +e +2te +t2e +(t)c δ 脉冲响应曲线：

5 1015 00.20.40.60.811.2 1.41.61.8 2Impulse Response Time (sec) A m p l i t u d e （2） 求单位阶跃响应的解析表达式 由于单位阶跃响应解析(s)=G(s)/s Y ，只要将G(s)的分母多项式乘以s ，即分母多项式的系数向量den 增加一个零，然后使用上述求脉冲响应的方法。 程序如下： num=[1 7 18 23 13]; den=[1 5 9 7 2]; G=tf(num,den); step(G) [k,p,r]=residue(num,[den,0]); k=k',p=p',r=r' 运行结果： k = -0.5000 -5.0000 -4.0000 -2.0000 6.5000 p = -2.0000 -1.0000 -1.0000 -1.0000 0 r = [] 根据k 、p 、r,可以直接写出系统的阶跃响应为 -2t -t -t 2-t (t)=-0.5e -5e -4te -t e +6.5c 阶跃响应曲线：