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1、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 .8实验四、频率特性实验 .11实验五、控制系统设计与校正实验 .16实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验 .18实验七、采样控制系统实验 .20实验八、典型非线性环节模拟 .22实验九、非线性控制系统分析 .25实验十、非线性系统的相平面法 .281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、
2、实验内容：1、比例环节：-Kp R(s) C(s) - + c(t) r(t) Ri Rf Rp op1 方块图 模拟电路图中： ifP分别求取 Ri=1M，R f=510K， （ KP=0.5） ；Ri=1M，R f=1M， （ KP=1） ；Ri=510K，R f=1M， （K P=2） ；时的阶跃响应曲线。2、积分环节：sTi1 R(s) C(s) - + c(t) r(t) Ri Cf Rp Op3 方块图 模拟电路图中：T i=RiCf分别求取 Ri=1M，C f=1， （T i=1s） ；Ri=1M，C f=4.7， （T i=4.7s） ；） ；2Ri=1M，C f=10， （T
3、 i=10.0s） ；时的阶跃响应曲线。3、比例积分环节：)1(sTKi R(s) C(s) - + c(t) r(t) Ri Cf Rp Op3 Rf 方块图 模拟电路图中： ；T i=RfCfifP分别求取 Ri=Rf=1M，C f=4.7， （K P=1，T i=4.7s） ；Ri=Rf=1M，C f=10， （K P=1，T i=10s） ；Ri=2M， Rf=1M， Cf=4.7， （K P=0.5，T i=4.7s） ；时的阶跃响应曲线。4、比例微分环节：1sTKfdp R(s) C(s) - + c(t) r(t) Ri C Rp Op3 Rf 1 2 方块图 模拟电路图中： ；
4、 ；T f=R2Ci1fPRRffd 122分别求取 Ri=Rf=R1=R2=1M，C =2， （K P=2，T d=3.0s） ；Ri=2M，R f=R1=R2=1M，C f=2， （K P=1，T d=3.0s） ；Ri=2M， Rf=R1=R2=1M，C f=4.7， （K P=1，T d=7.05s） ；时的阶跃响应曲线。5、比例积分微分环节：3sTKfdiP1 R(s) C(s) - + c(t) r(t) Ri C Rp Op2 Rf 1 2 Cf 方块图 模拟电路图中： + ；T i=(Rf+R1)Cf+(R1+R2)C；i1fPRfCi2；T f=R2CT21f1f2d求取 R
5、i=4M，R f=R1=R2=1M，C =Cf=4.7， （K P=1，T i=18.8s，T d=3.525s）时的阶跃响应曲线。6、一阶惯性环节：1TsK R(s) C(s) - + c(t) r(t) Ri Rf Rp op1 Cf 方块图 模拟电路图中： ；T =RfCfifP分别求取 Ri=Rf=1M，C f=1， （K=1，T=1s ） ；Ri=Rf=1M，C f=4.7， （K=1，T=4.7s ） ；Ri=510K，R f=1M， Cf=4.7， （K=2，T=4.7s ） ；时的阶跃响应曲线。四、实验结果记录上述实验曲线。五、实验结果分析41、对给定的电路结构和参数计算阶跃响
6、应；2、将实验结果与计算结果对照，对实验的满意度进行分析；3、根据电路参数分析计算系统响应，与实验数据对照分析测试误差原因；4、提高精度的方法和措施（或建议） ； 5、实验体会。六、思考题1、设计一个能满足 e1+e2+e3=e 运算关系的实用加法器；2、一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节；在什么条件可视为比例环节？3、如何设置必要的约束条件，使比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化？5实验二、二阶系统的阶跃响应一、实验目的：1、学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法。2、研究二阶系统的两个重要参数、 n 对阶跃瞬态响应指标的影响。二、实验设备：1、XMN-2 型实验箱；2、
7、LZ2 系列函数记录仪；3、万用表。三、实验内容：典型二阶系统方块图R(s) C(s) E(s) - n2 典型二阶系统方块图其闭环传递函数 22)(nssRCn无阻尼自然频率； 阻尼比；T= 时间常数n1模拟电路 c(t) - + r(t) R C Rp Op1 - + R C Rp Op2 - + 10K 10K Rp Op9 + - Rp 10K Rf 6运算放大器的运算功能：（op1）积分 ；RCTs,1（op2）积分 ；,（op9）反相（-1） ；（op6）反相比例 ；ifRK,（rad/s） ；RCTn1ifK21、调整 Rf=40K，使 K=0.4（ =0.2） ；取 R=1M，
8、C=0.47，使 T=0.47 秒（ n=1/0.47） ，加入单位阶跃扰动 r(t)=1(t)V，记录响应曲线 c(t)，记作。2、保持=0.2 不变，阶跃扰动 r(t)=1(t)V 不变，取 R=1M，C=1.47，使 T=1.47 秒（ n=1/1.47） ，加入单位阶跃扰动 r(t)=1(t)V，记录响应曲线 c(t)，记作。3、保持=0.2 不变，阶跃扰动 r(t)=1(t)V 不变，取 R=1M，C=1.0，使 T=1.0 秒（ n=1/1.0） ，加入单位阶跃扰动 r(t)=1(t)V，记录响应曲线 c(t)，记作。4、保持 n=1/1.0 不变，阶跃扰动 r(t)=1(t)V
9、不变，调整 Rf=80K，使 K=0.8 秒（ =0.4） ，记录响应曲线 c(t)，记作。5、保持 n=1/1.0 不变，阶跃扰动 r(t)=1(t)V 不变，调整 Rf=200K，使 K=2.0 秒（ =1.0） ，记录响应曲线 c(t)，记作。四、实验结果记录上述实验曲线。五、实验结果分析1、根据电路的结构和参数计算阶跃响应；2、将实验结果与计算结果对照，对实验的满意度进行分析；3、根据电路参数分析计算系统响应，与实验数据对照分析测试误差原因；4、提高精度的方法和措施（或建议） ； 5、实验体会。六、思考题1、设计一个能满足 e1+e2+e3=e 运算关系的实用加法器；2、一阶惯性环节在
10、什么条件下可视为积分环节；在什么条件可视为比例环节？3、如何设置必要的约束条件，使比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化？7实验三、根轨迹实验一、实验目的：1、掌握根轨迹的意义；2、掌握控制系统根轨迹的绘制方法。二、实验设备：1、计算机；2、数据采集卡；3、MATLAB 软件。三、实验内容：1、预备知识MATLAB 绘制根轨迹命令；建立数学模型参数矩阵：numerator=b 0,b1,b2,bm； denominator=a0,a1,a2,an；zeropoint=z1,z2,zm；poles=p 1,p2,pn；k=k；系统传递函数：system=tf(numerator,
11、denominator)=zpk(z,p,k)；绘制开环系统的零极点图：z,p=pzmap(system)=pzmap(numerator, denominator)=pzmap(p,z)；绘制闭环根轨迹命令：r,k=rlocus(system)=rlocus(numerator, denominator)= rlocus(numerator, denominator,k)；确定给定一组根的根轨迹增益命令：k,poles=rlocfind(system)= rlocfind(system,p)=rlocfind(numerator, denominator)；2、根据实际物理系统建立数学模型；
12、设数学模型为 22)(nssG3、改变系统参数绘制系统根轨迹；输入系统参数：w= n=1；b=0.5；建立数学模型：numerator= n；denominator=1,2* n,1；G=tf(numerator, denominator)；则G(s)= 12s4、绘制系统根轨迹，输入命令：rlocus(G)5、微分二阶系统的根轨迹输入系统参数：w= n=2；b=0.5；8建立数学模型：number=2 ，1；den=4，5，6 ；G=tf(number,den)；则 6412)(ssG输入命令：rlocus(G) ，制系统根轨迹；6、针对作业题绘制根轨迹7、记录根轨迹图例：绘制单位反馈控制系统 65412)(ssG的根轨迹。输入命令：a=2,1;b=4,5,6;g=tf(a,b);rlocus(g);则绘制出的根轨迹如下图所示。试绘制如下系统的根轨迹。1、 )4()*skGH2、 )202s3、 5)()(2*sk4、 1GH四、实验结果记录上述实验曲线。五、实验结果分析91、根据数学模型和根轨迹绘制规
