实验一 一、二阶系统的阶跃响应 实验报告＿＿＿系＿＿专业＿＿＿班级 学号＿＿＿姓名＿＿＿成绩＿＿＿指导教师＿＿一、实验目的1、学习实验系统的使用方法。

2、学习构成一阶系统（惯性环节）、二阶系统的模拟电路，分别推导其传递函数。

了解电路参数对环节特性的影响。

3、研究一阶系统的时间常数T 对系统动态性能的影响。

4、研究二阶系统的特征参数，阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。

二、实验仪器1、EL-AT-II 型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台三、实验内容（一） 构成下述一阶系统（惯性环节）的模拟电路，并测量其阶跃响应。

惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。

（二）构成下述二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应。

典型二阶系统的闭环传递函数为 ()2222nn n s s s ωζωωϕ++=（1） 其中ζ和n ω对系统的动态品质有决定的影响。

图1-1 一阶系统模拟电路图R1R2构成图1-2典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：电路的结构图如图1-3系统闭环传递函数为()()()()222/1//11/2TS T K s T s U S U s ++==ϕ 式中 T=RC ，K=R2/R1。

比较（1）、（2）二式，可得 n ω=1/T=1/RCξ=K/2=R2/2R1 （3）由（3）式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。

改变RC 值可以改变无阻尼自然频率n ω。

今取R1=200K ，R2=0K Ω，50K Ω，100K Ω和200K Ω，可得实验所需的阻尼比。

图1-2 二阶系统模拟电路图图1-3 二阶系统结构图R2电阻R取100KΩ，电容C分别取1fμ和0.1fμ，可得两个无阻尼自然频率ω。

n 操作步骤：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。

如果信不正常查找原因使通信正常后才能可以继续进行实验。

3.连接被测量典型环节的模拟电路（图1-1）。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

4.在实验课题窗口中单击选择实验一[典型环节阶跃响应]，5.鼠标双击实验课题弹出实验课题参数窗口。

在参数窗口中设置响应的实验参数后，鼠标单击确认等待屏幕显示去显示实验结果。

6.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。

7.记录波形及数据于表1-1。

8.关闭电源，拆线。

9.测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。

如果信不正常查找原因使通信正常后才能可以继续进行实验。

10.连接被测量典型环节的模拟电路（图1-2）。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的DA1输入。

检查无误后接通电源。

11.在实验课题窗口中单击选择实验二[二阶系统阶跃响应]。

鼠标双击实验课题弹出实验课题参数窗口。

在参数窗口中设置响应的实验参数后，鼠标单击确认等待屏幕显示区显示实验结果。

12.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。

13.记录波形及数据于表1-2。

四、实验结果与分析1.分析推导一阶系统的传递函数2.记录一阶系统实验数据于表1-1，并计算Ts（秒）理论值。

表1-1 一阶系统实验数据记录表3.进行电路分析，推导得到二阶系统的传递函数。

4.记录二阶系统实验数据于表1-2 表1-2 二阶系统实验数据记录表5. 定量分析ξ和n ω与最大超调量P M 和调节时间s t 之间的关系。

6. 在实验过程中出现了什么问题？你是如何解决的？实验二 系统频率特性测量 实验报告＿＿＿系＿＿专业＿＿＿班级 学号＿＿＿姓名＿＿＿成绩＿＿＿指导教师＿＿一、实验目的1、加深了解系统频率特性的物理概念。

2、掌握系统频率特性的测量分析方法。

二、实验仪器1、EL-AT-II 型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台三、实验内容1、模拟电路图及系统结构图分别如图2-1和图2-2。

2、系统传递函数 取R3=500K Ω，则系统传递函数为()()()50010500122++==s S S U S U S G 若输入信号()t U t U ωsin 11=，则在稳态时，其输出信号为 ()()ψ+=t U t U ωsin 22改变输入信号角频率ω值，便可测得二组U2/U1和ψ和ω变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频性和相频特性。

操作步骤图2-1 系统模拟电路图图2-2 系统结构图1.连接被测量典型环节的模拟电路。

电路的输入U1的A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

2.启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。

3.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。

测波德图4.鼠标双击选中[实验课题→系统频率特性测量→可测性检查]菜单项，系统进行数据采集，等待观察波形，如图2-3所示。

分别取2~3组不同信源频率，记录系统输入输出波形并由图形计算幅频和相频特性。

5.待数据采样结束后鼠标双击[实验课题→系统频率特性测量→数据采集] 系统进行数据自动采集。

6.待数据采样结束后鼠标双击[实验课题→系统频率特性测量→波德图观测]即可在显示区内显示出所测量的波德图。

四、实验结果与分析1.进行电路分析，求出系统传递函数，根据传递函数绘制波德图。

图2-3 数据采集2.利用可测性检查工具，观察记录信源频率分别取不同值时系统输入及响应曲线，并由图形计算出系统幅频特性及相频特性。

实验三 连续系统串联校正 实验报告＿＿＿系＿＿专业＿＿＿班级 学号＿＿＿姓名＿＿＿成绩＿＿＿指导教师＿＿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-II 型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台三、实验内容1、串联超前校正（1）系统模拟电路图如图3-1，图中开关S 断开对应未校情况，接通对应超前校正。

（2）系统结构图如图3-2图中 ()21=s Gc()1005.01055.022++=s s Gc 2、串联滞后校正图3-1 超前校正电路图图3-2 超前校正系统结构图（1）模拟电路图如图3-3，开关S 断开对应未校状态，接通对应滞后校正。

（2）系统结构图示如图3-4图中()101=s Gc()()1111102++=s s s Gc 操作步骤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。

超前校正3、连接被测量典型环节的模拟电路（图3-1）。

电路的输入U1接A/D 、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D 、D/A 卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

4、开关S 放在断开位置。

5、选中[实验课题→连续系统串联校正→超前校正]菜单项，鼠标单击将弹出参数设置窗口。

系统加入阶跃信号。

参数设置完成后鼠标单击确认测量系统阶跃响应，并记录超调量%σ和调节时间ts 。

6、开关S 接通，重复步骤5，将两次所测的波形进行比较。

并将测量结果记入表3-1中：图3-3 滞后校正模拟电路图图3-4 滞后系统结构图滞后校正7、连接被测量典型环节的模拟电路（图3-3）。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

8、开关S放在断开位置。

9、选中[实验课题→连续系统串联校正→滞后校正]菜单项，鼠标单击将弹出参数设置窗口，系统加入阶跃信号。

参数设置完成后鼠标单标确认测量系统阶跃响应，并记录超调量%σ和调节时间ts。

10、开关S接通，重复步骤9，将两次所测的波形时行比较。

并将测量结果记入表3-2中：四、实验结果与分析1.记录的实验数据，分析校正前后系统性能。

表3-1表3-22.根据超前校正前后的系统传递函数，绘制超前校正前后系统的波德图，并从图上查出系统的幅值穿越频率ωc及相位裕度v。

分析校正结果。

实验四状态空间分析与设计实验报告＿＿＿系＿＿专业＿＿＿班级学号＿＿＿姓名＿＿＿成绩＿＿＿指导教师＿＿一、实验目的1.加深理解能控性、能观性的概念及其判别准则。

2.运用状态反馈配置极点。

3.了解直线倒立摆系统的组成。

4.了解MATLAB的使用。

二、实验仪器二级倒立摆。

三、实验内容1.直线一级倒立摆的牛顿—欧拉方法建模。

2.分析得到直线一级倒立摆的状态空间方程。

3.研究一级倒立摆的能控性和能观性。

4.分析一级倒立摆的稳定性。

5.计算得到状态反馈阵，使一级倒立摆闭环极点位于-1+2j，-1-2j，-2+j，-2-j，画出模拟结构图。

6.演示二级倒立摆控制。

四、实验结果与分析1、写出直线一级倒立摆的状态空间方程。

2、使用MATLAB分析一级倒立摆的能控性和能观性。

3、用MA TLAB分析一级倒立摆稳定性。

4、计算得到状态反馈阵，使一级倒立摆闭环极点位于-1+2j，-1-2j，-2+j，-2-j，画出模拟结构图。

5、本次实验你有何收获？。