∞
100KΩ
50KΩ
1μf
0.25
10rad/s
51.4%
1200
100KΩ
100KΩ
1μf
0.5
10rad/s
16.3%
800
100KΩ
200KΩ
1μf
1
10rad/s
0
100KΩ
400KΩ
1μf
2
10rad/s
0
100KΩ
100KΩ
0.1μf
0.5
100rad/s
16.3%
80
表2-1
根据电路图，画出的输出响应波形如下图所示：
图1-2(1)
3.积分环节
由图1-3可知：G(S)=-1/TS,其中T=RC,带入R=100K, C=1μf,则理论计算可得出G(S)=-1/0.1S
而下图1-3(1)中绿色为单位阶跃输入，红色为阶跃响应，由图像可知，输出为斜坡响应，当t=0时，c(t)=1,与该理论计算值相对，观察图像可知阶跃响应曲线与输入大致一致。
图3-6超前—滞后校正系统结构图
图中Gc1（s）=6
6（1.2s+1）（0.15s+1）
Gc2（s）=
（6s+1）（0.05s+1）
四、实验步骤
超前校正：
1.连接被测量典型环节的模拟电路(图5-1)，开关s放在断开位置。
2.系统加入阶跃信号，测量系统阶跃响应，并记录超调量p和调节时间ts。
3.开关s接通，重复步骤2，并将两次所测的波形进行比较。
四、实验内容
构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：
1.比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。
G（S）=-R2/R1
2.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。
G（S）=-K/TS+1
K=R2/R1，T=R2C
3.积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。
G（S）=-1/TS
T=RC
4.微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。
自动控制原理实验报告
学院：xx学院
班级：xxxx
姓名xxxxx
学号：xxxxxx
实验一
一、实验目的
1.掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。
2.掌握控制系统时域性能指标的测量方法。
二、实验仪器
1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台
2．计算机一台
三、实验原理
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。
图3-5（5）X=2022 Y=1770
图3-5（6）X=481 Y=1294
波形分析：图3-1（6）为校正后波形，由图可知
校正前：MP=77.0%, ts=2022ms,
校正后：MP=29.4%, ts=481ms
六、实验结果分析
1.超前校正
校正前系统传递函数为G=40/（0.2 +s）,校正后系统传递函数为G=（2.2s+40）/(0.01 +0.25 +s)
80
表2-3
七、实验结果分析
结论：理论计算出来的值与模拟电路仿真出来的所算的值一致。
实验三
一、实验目的
1.加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。
2.对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性。
二、实验仪器
1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台
2．计算机一台
三、实验内容
图2-2
系统闭环传递函数为：
G(S)=（G1G2G3）/(1+G2G3G4+G1G2G3)（其中G1=10/s,G2=10/s,G3=1,G4=R2/R1）
则可根据传递函数列出下表2-1所示，不同ζ和ωn条件下测量的Mp和ts值
R1
R2
C
ζ
ωn
MP（mv）
TS(ms)
100KΩ
0
1μf
0
10rad/s
波特图如下图3-7
图3-1（2）Y=1251 X=360
波形分析：图3-1（2）为校正后波形，由图可知
校正前：MP=57.3%, ts=1203ms,
校正后：MP=25.1%, ts=360ms
2.串联滞后校正
由实验电路图可绘制出下图3-3（3）（4）所示输入输出曲线，其中图3-3（3）表示未加滞后校正环节时，输入输出曲线，图3-3（4）表示加上了滞后校正环节后，输入输出曲线变化。
图1-5（1）
七、实验结果分析
结论：理论计算出来的传递函数与模拟电路仿真出来的传递函数一致。
实验二
一、实验目的
1．研究二阶系统的特征参数，阻尼比ξ和无阻尼自然频率Wn对系统动态性能的影响。定量分析ξ和Wn与最大超调量Mp和调节时间tS之间的关系。
2．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。
二、实验仪器
100KΩ
100KΩ
1μf
0.5
10rad/s
153（15.3%）
601
100KΩ
200KΩ
1μf
1
10rad/s
0
421
100KΩ
400KΩ
1μf
2
10rad/s
0
1112
100KΩ
100KΩ
0.1μf
0.5
100rad/s
181（18.1%）
112
表2-2
将表2-1与表2-2内容进行比较，即将理论值与实际值比较，可得到如表2-3所示，其中MP,TS为实际值，mp,ts为理论值
（2）电容C=0.1μf，可绘制如下图2-2（6）所示阶跃响应
图2-2（6）R2=100K C=0.1 X=112 Y=1181
由图可列出下列表格2-2
R1
R2
C
ζ
ωn
MP（mv）
TS(ms)
100KΩ
0
1μf
0
10rad/s
∞
100KΩ
50KΩ
1μf
0.25
10rad/s
443（44.3%）
1067
图3-3 滞后校正模拟电路图
（2）系统结构图示如图3-4
图3-4 滞后系统结构图
图中Gc1(s）=5
5（s+1）
Gc2（s）=
6s+1
3．串联超前—滞后校正
（1） 模拟电路图如图5-5，双刀开关断开对应未校状态，接通对应超前—滞后校正。
图3-5 超前—滞后校正模拟电路图
（2）系统结构图示如图3-6。
G（S）=-RCS
5.比例微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5（未标明的C=0.01uf）。
G（S）=-K（TS+1）
K=R2/R1，T=R1C
五、实验步骤
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。
（1）改变R2的值，使二阶系统在不同阻尼比下，可绘制出如下图2-2（1）--2-2（5）阶跃响应
图2-2（1）R2=0K C=1
图2-2（2）R2=50KX=1067 Y=1443
图2-2（3）R2=100k X=601 Y=1153
图2-2（4）R2=200K X=421
图2-2（5）R2=400K X=1112
1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台
2．计算机一台
三、实验原理
控制系统模拟实验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。
五、实验步骤
1.取Wn=10rad/s,即令R=100K，C=1μf；ξ分别取=0、0.25、0.5、1、2，即取R1=100K，R2分别等于0、50K、100K、200K、400K。输入阶跃信号，测量不同的ξ时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。
7.双刀开关接通，重复步骤2，并将两次所测的波形进行比较。
五、实验结果及波形分析
1．串联超前校正
由实验电路图可绘制出下图3-1（1）（2）所示输入输出曲线，其中图3-1（1）表示未加超前校正环节时，输入输出曲线，图3-1（2）表示加上了超前校正环节后，输入输出曲线变化。
图3-1（1）Y=1573 X=1203
图3-3（3）X=4503 Y=1811
图3-3（4）X=1090 Y=1307
波形分析：图3-1（4）为校正后波形，由图可知
校正前：MP=81.1%, ts=4503ms,
校正后：MP=30.7%, ts=1090ms
3.串联超前—滞后校正
由实验电路图可绘制出下图3-5（5）（6）所示输入输出曲线，其中图3-5（5）表示未加超前—滞后校正环节时，输入输出曲线，图3-5（6）表示加上了超前—滞后校正环节后，输入输出曲线变化。
图1-3(1)
4.微分环节
由图1-4可知，G（S）= - RCS，带入R=100K, C=1μf,则G(S)=-0.1S
而下图1-4(1)中绿色为单位阶跃输入，红色为阶跃响应，则有图像可知，当t=∞时，c(t)=0,与题意相符合，但波形波动比较大。观察图像可知阶跃响应曲线与输入大致一致。