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1、自动控制原理实验报告课程编号：ME3121023专业班级姓名学号实验时间：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一-LABACT） 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
2、、掌握用运算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
3、域输出响应和 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：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：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. 比例积分微
4、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：（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：名称参数理论值实测值比R=K=R/R1K=Uo/Ui例R1=环R=K=R/R1K=Uo/Ui节R1=R=K=R/
5、R1K=Uo/UiR1=惯性C=T=R*C=T=环节R=Ri=iookC=T=R*C=T=C=T=R*C=T=积分C=T=R1*C=T=环节R1=1OOKC=T=R1*C=T=C=T=R1*C=T=比例积 分环节 R=R1=200C=T=R1*C=T=C=T=R1*C=T=K比例微R3=K=分环节T=比例积分C1=Ti=微分环节C2=Td=八）、实测波形：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）、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?、？、t
6、、t、t、？%、等理论值,nrsp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： （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：顶入电阻 参数R40K增益K25自然频率3（计算值）n5阻尼比g（计算值）gl过阻 尼g =临界阻尼g=1欠阻尼g =欠阻尼g=0.5欠阻尼g =超调量%计算值测量值上升 时间tr计算值测量值峰值时间tP计算值测量值调节 时间tS计算值测量值（七）、记录实验实测波形：（八）、思考与讨论：将
7、实验结果与理论知识作对比，并进行讨论。实验三系统时域分析实验（一）、实验目的：1、深入掌握二阶系统的性能指标同系统闭环极点位置的关 系。2、掌握高阶系统性能指标的估算方法及开环零、极点同闭 环零、极点的关系。3、能运用根轨迹分析法由开环零极点的位置确定闭环零极点 的位置。（二）、实验内容：1、运用根轨迹法对控制系统进行分析；明确闭环零、极点的 分布和系统阶跃响应的定性关系。（三）、实验要求：1、做好预习，根据原理图所示相应参数，计算理论值并绘制 根轨图，用试探法确定主导极点的大致位置。2、用 Routh 稳定判据，求出系统稳定、临界稳定和不稳定时 的 K 值范围和 R 的取值。3、画出输入输出
8、的理论波形（单位阶跃信号作用下）。（四）、实验原理：1、根轨迹：当K由08变化时，闭环特征根在S平面上移 动的轨迹城根轨迹，不仅直观的表示了 K变化时间闭环特征根的变 化，还给出了参数时闭环特征根在S平面上分布的影响。可判定系 统的稳定性，确定系统的品质。稳定性：根轨迹若越过虚轴进入s右半平面，与虚轴交点的k 即为临界增益。稳态性能：根据坐标原点的根数，确定系统的型别，同时可以 确定对应的静态误差系数。预习内容：（1）三阶系统时域实验参数计算和根轨迹图（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相应参数。3、将所测得的数据填入实验数据表中。六）、记录实验数据：反 馈
9、 电 容C2反 馈 电 容C3稳定（衰减振荡）（超调量不大于25%）临界稳定（等幅振荡）不稳定（发散振荡1uu12u2u1u2u（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。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、3、3等理论PpB 值，并绘制幅频、相频和幅相特性图.（四）、实验原理：
10、 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：（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：省入电阻参数R40K增益K25自然频率3（计算值）n5阻尼比g（计算值）gl过阻 尼g =临界阻尼g=1欠阻尼g =欠阻尼g=0.5欠阻尼g =谐振峰值Mp计算值测量值谐振频率3p计算值测量值截止频率3c计算值测量值（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。实验五校正实验一）、实验目的：1、掌握系统校正的两种基本方法的原理。2、深入理解开环零、
11、极点对闭环系统性能的影响关系。3、加深理解串联校正（微分、积分、复合校正）和并联校正 的特点，学会正确选择校正装置。二）、实验内容：1、对与一个不稳定系统，分别储存加入导前网络、滞后网络、滞后-导前网络进行校正，然后比较其优劣性。（三）、实验要求：1、做好预习，根据原理图所示相应参数，写出原系统及校正后开环传递函数。2、分析讨论三种串联校正网络使用场合和优缺点。四）、实验原理：1、 导前网络2、滞后网络(R + R )23G (S)=1 + | R + R2 * R3 c (s ) I 4 R + R23R (1 + R cCs )1(R + R )23G (S)=R G + rC (s133
12、、滞后-导前网络：G （s） = K冷+罷12五）、其中：实验方法与步骤：R + R + R235 TR1=RC T 二RRC4_52R + R461、根据原理图构造实验电路（六）、讨论与思考1、比较相角超前校正网络与相角滞后校正网络（从目的、 效果、优点、缺点、适用场合、不适用场合等几方面进行比 较）？2、自行设计用作校正控制器的实用放大电路（PD、PI、 PID）。（七）、记录实验数据:系统参数系统响应测量值电阻（K）U (t )opU（8）o%trtstp未加 校 正R=100KR=25R=/临界振荡/z加 导 刖 网 络临界 振荡 时的 阻值：R=R=25加 滞 后 网 络临界 振荡 时的 阻值：R=R=25加 滞 后 导 刖 网 络临界 振荡 时的 阻值：R=R=25八）、记录实验波形：实验六非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。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
