实验报告-自动控制原理

实验报告

班 姓 学

级 名 号

现代控制技术-实践环节任务书

所属课程 实践环节

实验 1

《自动控制原理》 典型环节及其阶跃响应

课时 地点

2 实字 4#318

所需设备 电脑、工具箱 一、实验目的

1. 熟悉 MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解 SIMULINK 功能模块的使用方法。 2. 通过实验熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线、斜坡响应曲线，传递函数及其特性。 3. 研究分析参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、实验步骤

1.熟悉 Simulink 的使用 2.画出各典型环节的 SIMULINK 仿真模型。 3.记录各环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。

三、实验内容

按下列各典型环节的传递函数，建立相应的 SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶 跃响应波形。 1. 比例环节（P) 阶跃相应曲线 传递函数：G(S)=-R2/R1=K

波形如下所示：

K 为比例系数

1) R1=100KΩ ，R2=100KΩ ；特征参数实际值：K=_______

2) R1=100KΩ ，R2=200KΩ ；即 K=_______

波形如下所示：

现代控制技术-实践环节任务书

〖分析〗 ：______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 2. 惯性环节（T) 阶跃相应曲线 传递函数：G(S)=_______________ K=_________ , T=__________ 说明：特征参数为比例增益 K 和惯性时间常数 T。 1) R2=R1=100KΩ , C=1µF；特征参数实际值：K=_________，T=_________

波形如下所示：

2) R2=R1=100KΩ , C=0.1µF；特征参数实际值：K=________，T=__________

波形如下所示：

〖分析〗 ：______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 3.积分环节（I) 阶跃相应曲线 传递函数：G(S)=_______________，T=RC 说明：特征参数为积分时间常数 T。

1) R=100KΩ , C=1µF；特征参数实际值：T=_________。

波形如下所示：

2) R=100KΩ , C=0.1µF；特征参数实际值：__________。

波形如下所示：

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〖分析〗 ：______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 4. 微分环节（D) 阶跃相应曲线 传递函数：G(S)=_____________ 说明：特征参数为微分时间常数 T。 1) R=100KΩ , C2=0.01µF，C1=1µF；特征参数实际值：T=__________。

波形如下所示：

T=_________

2) R=100KΩ , C2=0.01µF，C1=0.1µF；特征参数实际值：T=0.01。

波形如下所示：

〖分析〗 ：______________________________________________________________________ ___________________________________________________

____________________________ _______________________________________________________________________________ 5. 比例微分环节（PD) 阶跃相应曲线 传递函数：G(S)=______________ K= ___________，T=___________。 说明：特征参数为比例增益 K 和微分时间常数 T。 1) R2=R1=100KΩ , C2=0.01µF，C1=1µF；特征参数实际值：K=______，T=________。

波形如下所示：

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2) R2=R1=100KΩ , C2=0.01µF，C1=0.1µF；特征参数实际值：K= 1，T=0.01。

波形如下所示：

〖分析〗 ：______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 6.比例积分环节（PI) 阶跃相应曲线 传递函数：G(S)=____________ K=_______, T=_________ 说明：特征参数为比例增益 K 和积分时间常数 T。

1) R2=R1=100KΩ , C=1µF；特征参数实际值：K=_______，T=_______。

波形如下所示：

2) R2=R1=100KΩ , C=0.1µF；特征参数实际值：K=_______，T=_______。

波形如下所示：

〖分析〗 ：______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

四、实验心得体会

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实验报告

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级 名 号

现代控制技术-实践环节任务书

所属课程 实践环节

《现代电气控制技术》 实验 2 二阶系统阶跃响应

课时 地点

2 实字 4#318

所需设备 电脑、工具箱 一、实验目的

1. 研究二阶系统的特征参数，阻尼比 ζ 和无阻尼自然频率ω n 对系统动态性能的影响，定量 分析ζ 和ω n 与最大超调量σ p 和调节时间 ts 之间的关系。 2. 进一步学习实验系统的使用。 3. 学会根据系统的阶跃响应曲线确定传递函数。 4. 学习用 MATLAB 仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。

二、实验步骤

1．画出二阶系统阶跃响应的 SIMULINK 仿真模型。 2. 记录二阶系统的特征参数，阻尼比 ζ 和无阻尼自然频率ω n 对系统动态性能的影响，并分 析参数对响应曲线的影响。

三、实验内容 1. 画出系统响应曲线，并观察分析 ζ 与相应曲线的关系。

（1）当 R1=R=100KΩ，C=1uF=1*10-6F 时，ωn=1/RC =__________。 ① R2=40KΩ 时，ζ=R2/2R1=_______ 响应曲线：

〖分析〗 _________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ② R2=100KΩ，ζ=R2/2R1=________ 响应曲线：

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〖分析〗________________________________________________________________________ _________________________________________________________________

_______________ 〖总结〗________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________

③ R2=200KΩ，ζ=R2/2R1=________，

响应曲线：

〖分析〗________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ④ R2=240KΩ，ζ=R2/2R1=_________， 响应曲线：

〖分析〗________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ⑤ R2=0KΩ，ζ=R2/2R1=0， 响应曲线：

〖分析〗________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ （2）当 R=R1=100KΩ，C=0.1uF，ωn=1/RC =100rad/s 时： ① R2=40KΩ，ζ=R2/2R1=________， 响应曲线：

现代控制技术-实践环节任务书

〖分析〗________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ② R2=100KΩ，ζ=R2/2R1=_____________ 响应曲线：

③ R2=0KΩ，ζ=R2/2R1=____________ 响应曲线：

【总结】________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________

四、实验心得体会

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班 姓 学

级 名 号

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所属课程

《自动控制原理》

课时 地点

2 实字 4#318

实践环节 实验 3 控制系统的稳定性分析 所需设备 电脑、工具箱 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稳定性的影响 3. 学习用 MATLAB 仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。

二、实验步骤

1. 画出控制系统模拟电路图及 SIMULINK 仿真模型。 2. 画出系统增幅或减幅振荡的波形图。

三、实验内容

1. 建立仿真模型 建立仿真模型如下：

2．画出系统增幅或减幅振荡的波形图 （1）C=1uf 时： （a）R3=50KΩ →计算出 K=R3/R2=________、T=RC= _________， 代入传递函数，建立仿真模型，得到波形图如下：

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【分析】____________________________________________________________________ 【记录】 上升时间 ts=______、 峰值时间=______、 调节时间=_______、 计算超调量=______ （b）R3=100K →计算出 K=R3/R2=______、T=RC=______， 代入传递函数，建立仿真模型，得到波形图如下：

【分析】____________________________

________________________________________ 【记录】上升时间 ts=______、峰值时间=______、调节时间=_______、计算超调量=_____ （c）R3=200K →计算出 K=R3/R2=_______、T=RC=_______， 代入传递函数，建立仿真模型，得到波形图如下：

【分析】____________________________________________________________________ 【记录】等幅震荡幅度=__________、计算超调量=_________ （d）R3=220K →计算出 K=R3/R2=________、T=RC=________， 代入传递函数，建立仿真模型，得到波形图如下：

【分析】___________________________________________________________________ 【记录】___________________________________________________________________ （2）C=0.1uf 时： （a）R3=50KΩ →计算出 K=R3/R2=_________、T=RC=_________， 代入传递函数，建立仿真模型，得到波形图如下：

现代控制技术-实践环节任务书

【分析】____________________________________________________________________ 【记录】上升时间 ts=______、峰值时间=______、调节时间=_______、计算超调量=_____ （b）R3=1100K →计算出 K=R3/R2=_________、T=RC=__________， 代入传递函数，建立仿真模型，得到波形图如下：

【分析】____________________________________________________________________ 【记录】等幅震荡幅度=_________、计算超调量=__________ （c）R3=1130K →计算出 K=R3/R2=_________、T=RC=_________， 代入传递函数，建立仿真模型，得到波形图如下：

【分析】____________________________________________________________________ 【记录】____________________________________________________________________

四、实验心得体会