自动控制原理实验报告册
实验一典型环节及其阶跃响应
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、实验公式
1、比例环节
G(S)= -R2/R1
2、惯性环节
G(S)= -K/TS+1 K= R2/R1, T= R2C
3、积分环节
G(S)= -1/TS T=RC
4、微分环节
G(S)= -RCS
5、比例+微分环节
G(S)= -K(TS+1) K= R2/R1, T= R2C
6、比例+积分环节
G(S)= K(1+1/TS) K= R2/R1, T=R2C
三、实验结果
1、比例环节
阶跃波、速度波、加速度波依次为：
2、惯性环节
阶跃波、速度波、加速度波依次为：
3、积分环节
阶跃波、速度波、加速度波依次为：
4、微分环节
阶跃波、速度波、加速度波依次为：
5、比例+微分环节
阶跃波、速度波、加速度波依次为：
6、比例+积分环节
阶跃波、速度波、加速度波依次为：
实验二二阶系统阶跃响应
一、实验目的
1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率对系统动态性能
的影响。
定量分析和与最大超调量和调节时间之间的关系。
2、进一步学习使用实验系统的使用方法。
3、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。
二、实验公式
1、超调量：
%=(Y MAX-Y OO)/Y OO X100%
2、典型二阶系统的闭环传递函数：
(S)= (1) (s)=U2(s)/U1(s)=(1/T2)/(S2+(K/T)S+1/T2) (2)
式中：T=RC, K=R2/R1
由（1）（2）可得： Wn=1/T=1/RC
E=K/2=R2/2R1
三、实验结果
R1=100K、R2=50K
R1=100K、R2=100K
R1=100K、R2=100K
R1=50K、R2=200K
实验三控制系统的稳定性分析
一、实验目的
1、观察系统的不稳定现象。
2、研究系统开环增益和时间常数对系统稳定性的影响。
二、实验公式
开环传递函数：G(S)=10K/S(0.1S+1)(TS+1)
式中：K1=R3/R2 R2=100K R3=0~500K T=RC R=100K C=1uf或C=0.1uf
三．实验结果
第一种情况：C=1uf R3=50
r3=100k
r3=150k
r3=200k
r3=250k
r3=450k
第二种情况：C=0.1uf R=50k
r=100k
200k
300k
实验四系统频率特性测量
一、实验目的
1、加深了解系统及元件频率特性的物理概念。
2、掌握系统及元件频率特性的测量方法。
3、掌握利用“李沙育图形法”测量系统频率特性的方法。
二、实验公式
1、系统传递函数：G(S)=U2(S)/U1(S)=500/(S2+10S+500)
2、若输入为：U1(t)=U1sinwt
输出为：U2(t)=U2sin(wt+ )
三、实验结果
可测性检查
1。
单个频率点的响应波形的手动测量
2．40组数据采集（如下为第3,22组）
3．波特图
实验五连续系统串联校正
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、实验公式
1、串联超前校正
Gc1(s)=2
Gc2(s)=2(0.055s+1)/(0.005s+1)
2、串联滞后校正
Gc1(s)=10
Gc2(s)=10(s+1)/(11s+1)
3、串联超前—滞后校正
Gc1(s)=6
Gc2(s)=6(1.2s+1)(0.15s+1)/(6s+1)(0.05s+1) 三．实验结果
1，串联超前校正
未校正的情况
校正后：
2，串联滞后校正未校正前：
校正后：
实验六数字PID控制
一、实验目的
1、研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。
2、研究采样周期T对系统特性的影响。
3、研究I型系统及系统的稳定误差。
二、实验公式
1、系统结构图中： Gc(s)=Kp(1+Ki/s+Kds)
Gh(s)=(1-e-Ts)/s
Gp1(s)=5/((0.5s+1)(0.1s+1))
Gp2(s)=1/(s(0.1s+1))
2、PI调节器及PID调节器的增益：
Gc(s)=Kp(1+K1/s)
=KpK1((1/K1)s+1)/s
=K(Tis+1)/s
式中：K=KpKi Ti=(1/K1)
3、“II型”系统要注意稳定性。
对于Gp2(s)，若采用PI调节器控制，其开环传递函数
为：G(s)=Gc(s)Gp2(s)
=K(Ti+1)/s 1/s(0.1s+1)
为使稳定：Ti>0.1即K1<10
4、PID递推算法：
u(k)=u(k-1)+q0e(k)+q1e(k-1)+q2e(k-2)
其中：q0=Kp(1+KiT+(Kd/T))
q1=-Kp(Kd/T)
q2=Kp(Kd/T)
三、实验结果
Kp=1 Ki=0.02 Kd=1
Kp=4 Ki=0.02 Kd=4
Kp=4 Ki=0.03 Kd=4
Kp=5 Ki=0.03 Kd=5
Kp=1 Ki=0.02 Kd=1
Kp=4 Ki=0.02 Kd=4
Kp=4 Ki=0.03 Kd=4
Kp=5 Ki=0.03 Kd=5。