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1、自动控制原理实验报告课程编号：专业班级姓名学号实验时间： 2实验目的和要求：通过自动控制原理实验牢固地掌握自动控制原理课的基本分析方法和实验测试手段。能应用运算放大器建立各种控制系统的数学模型，掌握系统校正的常用方法，掌握系统性能指标同系统结构和参数之间的基本关系。通过大量实验，提高动手、动脑、理论结合实际的能力，提高从事数据采集与调试的能力，为构建系统打下坚实的基础。一、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明自动控制实验系统 一套计算机 （已安装虚拟测量软件-LABACT） 一台椎体连接线 18 根实验一 线性典型环节实验（一） 、实验目的：1、 了解相似性原理的基本概念。2、 掌握用运算
2、放大器构成各种常用的典型环节的方法。3、 掌握各类典型环节的输入和输出时域关系及相应传递函数的表达形式，熟悉各典型环节的参数（K、T） 。4、 学会时域法测量典型环节参数的方法。（二） 、实验内容：1、用运算放大器构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节和比例积分微分环节。2、在阶跃输入信号作用下，记录各环节的输出波形，写出输入输出之间的时域数学关系。3、在运算放大器上实现各环节的参数变化。（三） 、实验要求：1、 仔细阅读自动控制实验装置布局图和计算机虚拟测量软件的使用说明书。2、 做好预习，根据实验内容中的原理图及相应参数，写出其传递函数的表达式，并计算各典型环节的时域
3、输出响应和相应参数（K 、T） 。3、分别画出各典型环节的理论波形。5、输入阶跃信号，测量各典型环节的输入和输出波形及相关参数。（四） 、实验原理：实验原理及实验设计：1 比例环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：3时域输出响应：2 惯性环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：3积分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：时常数：时域输出响应：4比例积分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：4比例系数：时常数：时域输出响应：5比例微分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：6比
4、例积分微分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：5（五） 、实验方法与步骤1、 根据原理图构造实验电路。2、 测量输入和输出波形图。3、 将所测得的数据填入实验数据表中。（六） 、讨论与思考 1、 写出各典型环节的微分方程（建立数学模型） 。2、 根据所描述的各典型环节的微分方程，你能否用电学、力学、热力学和机械学等学科中的知识设计出相应的系统？请举例说明，并画出原理图。3、 利用 MATLAB 仿真，与实验中实测数据和波形相比较，分析其误差及产生的原因。（七） 、记录实验数据：6（八） 、实测波形：名称 参数 理论值 实测值R =R1=K = R/R
5、1=K=Uo / Ui=R =R1=K = R/R1=K=Uo / Ui=比例环节R =R1=K = R/R1=K=Uo / Ui=C= T=R*C = T=C= T=R*C = T=惯性环节R=R1=100kC= T=R*C = T=C= T=R1*C = T=C= T=R1*C = T=积分环节R1=100KC= T=R1*C = T=C= T=R1*C = T=比例积分环节R=R1=200KC= T=R1*C = T=比例微分环节 R3=K=T=比例积分微分环节C1=C2=Ti=Td=7实验二 二阶系统的性能研究（一） 、实验目的：通过实验加深理解二阶系统的性能指标同系统参数的关系。（二
6、） 、实验内容：1、二阶系统的时域动态性能研究；（三） 、实验要求：1、做好预习，根据实验原理图所示相应参数，写出系统的开环，闭环传递函数。计算、 n、t r、t s、t p、%、等理论值，并绘制单位阶跃信号下的输出响应理论波形。2、自己设计实验参数。（四） 、实验原理：实验原理及实验设计：预习内容：(1) 二阶系统时域实验参数计算： 8（五） 、实验方法与步骤1、根据原理图构造实验电路。2、测量时域响应波形和数据。3、将所测得的数据填入实验数据表中。（六） 、记录实验数据：输入电阻R参数40K增益 K 25自然频率 n（计算值)5阻尼比 （计算值)1 过阻尼=临界阻尼=1欠阻尼=欠阻尼=0.
7、5欠阻尼=计算值超调量%测量值计算值上升时间tr测量值计算值峰值时间tP测量值计算值调节时间tS测量值（七） 、记录实验实测波形：（八） 、思考与讨论：将实验结果与理论知识作对比，并进行讨论。9实验四 二阶系统的性能频域研究（一） 、实验目的：1、通过实验加深理解二阶系统的性能指标同系统参数的关系。2、掌握系统频率特性测试方法。3、研究二阶系统频率特性与系统动态性能之间的关系。（二） 、实验内容：二阶系统的频域动态性能研究；（三） 、实验要求：1、自己设计实验参数。2、根据原理图所示相应参数，计算理论值 MP 、 p、 B 等理论值，并绘制幅频、相频和幅相特性图.（四） 、实验原理：实验原理及实验设计：预习内容：(1)、二阶系统的频域实验参数计算：10（五） 、实验方法与步骤1、根据原理图构造实验电路。2、测量频域伯德图和奈奎斯特图。3、将所测得的数据填入实验数据表中。（六） 、记录实验数据：输入电阻R参数40K增益 K 25自然频率 n（计算值)5阻尼比 （计算值)1 过阻尼=临界阻尼=1欠阻尼=欠阻尼=0.5欠阻尼=计算值谐振峰值MP测量值计算值谐振频率 p测量值计算值截止频率 c测量值（七） 、记录实验实测图形：（八） 、思考与讨论：将实验结果与理论知识作对比，并进行讨论。
