控制工程-实验指导书-修订版

《控制工程基础》实验指导书常熟理工学院机械工程学院

2009.9

目录

1.MATLAB时域分析实验 (2)

2.MATLAB频域分析实验 (4)

3.Matlab校正环节仿真实验 (8)

4.附录：Matlab基础知识 (14)

实验1 MATLAB 时域分析实验

一、实验目的

1． 利用MATLAB 进行时域分析和仿真。

要求：(1)计算连续系统的时域响应（单位脉冲输入，单位阶跃输入，任意输入）。 2．掌握Matlab 系统分析函数impulse 、step 、lsim 、roots 、pzmap 的应用。

二、实验内容

1．已知某高阶系统的传递函数为

()265432

220501584223309240100

s s G s s s s s s s ++=++++++，试求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应和单位加速度响应。

MATLAB 计算程序 num=[2 20 50];

den=[1 15 84 223 309 240 100]; t= (0: 0.1: 20); figure (1);

impulse (num,den,t); %Impulse Response figure (2);

step(num,den,t);%Step Response figure (3);

u1=(t); %Ramp.Input hold on; plot(t,u1);

lsim(num,den,u1,t); %Ramp. Response gtext(‘t’); figure (4);

u2=(t.*t/2);%Acce.Input u2=(0.5*(t.*t)) hold on; plot(t,u2);

lsim(num,den,u2,t);%Acce. Response

gtext(‘t*t/2’);

2．已知某高阶系统的传递函数为

()32876543272424

23456789

s s s G s s s s s s s s s +++=++++++++，试求该系统的极点并判断系统的

稳定性。

MATLAB 计算程序 den=[1 2 3 4 5 6 7 8 9]; roots(den)

3．已知某高阶系统的传递函数为

()56

4233256

3.1210 6.25101.0108.010

4.410 6.2410s G s s s s s ?+?=+?+?+?+?，试求该系统的零极点并判

断系统的稳定性。 MATLAB 计算程序 num=[3.12*10^5 6.25*10^6];

den=[1 1.0*10^2 8.0*10^3 4.4*10^5 6.24*10^6]; [p,z]= pzmap(num,den); pzmap(num,den); title(‘Pole -Zero Map ’); hold on;

三、实验预习

学习Matlab 基础知识，了解Matlab 的基本功能和软件的基本使用方法，并学习教材中几个Matlab 函数的使用方法。

四、实验报告内容

（1） 实验目的、方法；

（2） 修改系统的传递函数，得到相应的时域响应，将该图保存并打印后粘贴到

实验报告上，并进行必要的说明。 （3） 分析实验的意义和结论。

实验2 MATLAB 频域分析实验

一、实验目的

1、加深理解频率特性的概念，了解一般系统的的Nyquist 图和Bode 图的特点和绘制。

2、学习采用MATLAB 绘制和分析系统频率特性图

二、实验要求

1、分析开环系统的频率特性，并用MATLAB 绘制其开环Nyquist 图和Bode 图，求取剪切频率ωc ，将实验结果与理论分析计算结果进行比较，验证理论的正确性。

2、用MATLAB 作闭环Nyquist 图和Bode 图，分析单位反馈系统的频率特性。

三、实验原理

1、对数频率特性：

Bode 图——对数坐标图，又称Bode 图，它由对数幅频特性图和对数相频特性图组成。对数幅频特性图纵坐标标度为20lgG( jw) ，其中对数以10为底均匀分度，采用单位是分贝(db)；横坐标标度为lgw ，以对数分度绘制，标以w ，采用单位是弧度/秒(rad/s)。对数相频特性图纵坐标为角度，均匀分度，采用单位为度，横坐标与第一张图完全相同。对数相频特性图放在第一张之下，同时使横坐标的 上下一一对应，以便对比分析。

2、极坐标频率特性曲线（又称尼奎斯特曲线）

它是在复平面上用一条曲线表示w 由0→∞时的频率特性。即用矢量G( jw)的端点轨迹形成的图形，w 是参变量。在曲线的上的任意一点可以确定实频、虚频、幅频和相频特性。

3、用MATLAB 作频率特性曲线 1）用MATLAB 作开环频率特性

设系统的开环传递函数为

()10111011m m m m

n n n n b s b s b s b G s a s a s a s b ----+++=

+++ （2.1）

则系统的开环频率特性为

()10111011()()()()()()m m m m

n n n n b jw b jw b jw b G jw a jw a jw a jw a ----+++=

+++ （2.2）

据式（2.2）和表2.1中的MATLAB 命令可绘制出相应的尼奎斯特图和博德图。

2）用MATLAB 作闭环频率特性

若

()

M w 表示频率特性幅值，

()

w α表示相角，则闭环频率特性为

()()()

()()

j w

o i X jw jw M w e X jw αφ=

= （2.3） 其频率响应可按式（2.3）计算出不同频率处的

()i M w 和

()

i w α（i=1，2，3，…），

即可求得闭环系统频率特性并画出相应的曲线。 3）单位负反馈系统的频率特性

设单位负反馈系统的开环传递函数为

()

G s ，闭环频率特性表示为

()()

()

1G jw jw G jw φ=

+ （2.4）

有式（2.2），得

()101111011011()()()()()()()()()m m m m

n n m m n n m m

b jw b jw b jw b jw a jw a jw a jw a b jw b jw b jw b φ------+++=

+++++++ （2.5）

据式（2.5）和表2.1的MATLAB 命令可绘制出闭环频率特性曲线。

表1 MATLAB 绘制频率响应曲线基本命令表

调用格式

说明

nyquist(num,den,w) Nyquist(num,den,w)可按指定的频率点w 绘制系统的尼奎斯特图。

bode(num,den,w)

按指定的频率点w 绘制系统的博德图。

freqresp(num,den,sqrt(-1)*w) 按指定的频率点w 绘制闭环或开环频率响应曲线。 plot(w, ()

M w )

plot(w,

()

w α)

相当于绘制以w 为参变量的函数()M w 和

()

w α的曲线

num[ ]和den[ ]分别表示传递函数的分子和分母中包含以s 的降幂排列的多项式系数；grid on ：在所画出的图形坐标中加入栅格；text( )：文字注释；tf （num ，den ）：创建传递函数对象；feedback （ ,1）：求单位负反馈系统的闭环传递函数。 4、实验步骤

1）将系统的传递函数写成式（2.2）和（2.5）形式；

2）在MATLAB 环境下，按MATLAB 语言格式要求，给num 和den 赋值；

3）在MATLAB 环境下，用表1的命令绘图； 4）输入MATLAB 程序。 5、举例说明

例1：已知控制系统的开环传递函数为21

()0.81G s s s =

++，利用MATLAB 画出尼

奎斯特图。 实验程序：

num=[0 0 1]； den=[1 0.8 1]； nyquist(num,den)； grid on ；

title(‘Nyquit Plot of G(s)=1/(s^2+0.8s+1)’);

例2：已知控制系统的开环传递函数为225

()425G s s s =

++，利用MATLAB 画出博

德图。 实验程序：

num=[0 0 25]； den=[1 4 25]； bode(num,den)； grid on ；

title(‘Bode Diagram of G(s)=25/(s^2+4s+25)’);

例3：已知单位负反馈系统的开环传递函数为()

2290.21()( 1.29)s s G s s s s ++=

++，利用MATLAB

画出w 从

0.1rad

s 到

1000rad

s 的博德图。

实验程序：

num=[0 9 1.8 9]； den=[1 1.2 9 0]； w=logspace(-2,3,100); bode(num,den,w)；

grid on；

title(‘Bode Diagram of G(s)=9(s^2+0.2s+1)/[s(s^2+1.2s+9)]’);

例4：已知单位负反馈系统的开环传递函数为

1

()

1

G s

s

=

+，利用MATLAB绘制系

统的频率特性曲线。

解：系统的开环频率特性为

1

()

1

G jw

jw

=

+，闭环频率特性为

1

()

2

jw

jw

φ=

+

实验程序：

P=tf([1],[1 1])；

PC=feedback(P,1)；

bode(PC)；

grid on；

title(‘Frequency Response of Closed Loop’);

四、实验预习

学习Matlab基础知识，了解Matlab的基本功能和软件的基本使用方法，并学习教材中几个Matlab函数的使用方法。

五、实验报告内容

（1）实验目的、方法；

（2）根据要求修改系统的传递函数，并对Matlab程序进行调整，得到相应的Nyquist 图和Bode图结果，将该图保存并打印后粘贴到实验报告上，并进行必要的说明。

（3）分析实验的意义和结论。

实验3 MATLAB校正环节仿真实验

一、实验目的

1、学习利用实验探索研究控制系统的方法；

2、学会控制系统数学模型的建立及仿真；

3、学习用Simulink构造控制系统模型的基本方法。

4、了解PID控制规律和P、I、D参数对控制系统性能的影响，学习试凑法调整控

制参数；

二、实验内容

在Matlab中Simulink环境下，建立控制系统的方框图，进行仿真，调整PID 参数，观察系统瞬态响应和稳态响应的变化，并记录几组PID参数作为实际系统控制参数。

三、实验原理

首先从理论上对磁悬浮小球系统进行数学建模，采用PID算法设计调节器，在MATLAB平台仿真获得适当的PID参数范围，并进行频域分析，观察并记录实验仿真结果。

1、系统建模及仿真

磁悬浮小球系统简介：它主要由铁芯、线圈、位置传感器、放大器、控制器和控制对象小球组成。系统开环结构如图所示。

控制要求：调节电流，使小球的位置x始终保持在平衡位置。

忽略小球受到的其它干扰力，则受控对象小球在此系统中只受电磁吸力F 和自身重力mg 。球在竖直方向的动力学方程可以如下描述：

()()()1,2

2x i F mg dt t x d m -=

式中：x ——磁极到小球的气隙，单位m ；m ——小球的质量，单位Kg ；F(i,x)——电磁吸力，单位N ；g ——重力加速度，单位m/s 2。

由磁路的基尔霍夫定律、毕奥-萨格尔定律和能量守恒定律，可得电磁吸力为：

()()22

,2

20?

?

?

??-

=x i AN x i F μ

式中：μ0——空气磁导率，4πX10-7H/m ；A ——铁芯的极面积，单位m 2；N ——电磁铁线圈匝数；x ——小球质心到电磁铁磁极表面的瞬时气隙，单位m ；i ——电磁铁绕组中的瞬时电流，单位A 。

根据基尔霍夫定律，线圈上的电路关系如下：

()()()()3dt

t di L t Ri t U += 式中：L ——线圈自身的电感，单位H ；i ——电磁铁中通过的瞬时电流，单位A ；R ——电磁铁的等效电阻，单位Ω。

当小球处于平衡状态时，其加速度为零，即所受合力为零，小球的重力等于小球受到的向上电磁吸力，即：

()()42

,2

002000???

?

??-

==x i AN x i F m g μ

综上所述，描述磁悬浮小球系统的方程可完全由下面方程确定：

()

()()()()()()()52,2,,2

20002

202

2??????

?

???

??

????

? ??-==+=???

??-=-=x i AN

x i F m g dt t di L t Ri t U x i AN x i F x i F m g dt t x d m μμ

以小球位移为输出，电压为输入，可得系统的传递函数为：

()3

112

331

2/k k s k s k s k k s G +--=

其中：L R

k mx ki k mx ki k AN k -=-==-

=32

02302012

0,2,2,2

μ

设系统参数如下表所示：

序号参数数量单位

1 m 28 g

2 R 1

3 Ω

3 L 118 mH

4 x015.

5 mm

5 i0 1.2 A

6 k 4.587x10-5Nm2/A2

四、实验要求

1、利用Simulink工具箱建立一个基本的控制系统框图；

2、调用给定的虚拟仿真模型，并观察PID参数对系统瞬态响应和稳态响应的影响，

并学习依据试凑法的基本原理和方法来调节相关的控制参数，并记录控制参数以及该参数下仿真模型的工作状态（如振荡幅度、误差范围等）。

五、Simulink基本应用说明

1）进入MATLAB软件系统，在命令区内键入simulink，进入实验软件系统的主界面。

2）首先点取左上角的新建图标，建立一个新的Simulink模型，然后在元件库中选

取需要的元件然后将其拖放到Simulink模型中，并调整相关参数，其中：

①信号源全部位于Sources目录中，在其中可以选择不同的信号源并调整其参数。

②传递函数位于Continuous目录中，选择其中的拖放到模型环境中并修改参数即可。

③示波器位于Sinks目录中，选择其中的图标拖放到模型环境中。

六、实验报告内容

（1）实验目的、方法；

（2）Simulink中建立的基本控制模型和仿真结果。

（3）记录试凑法调整控制参数过程中的数据，并分析得出基本结论。

（4）分析实验的意义和结论。

附录

M a t l a b基础

关于M A T L A B

MATLAB是Matrix laboratory的缩写，是美国的MATHWORK公司开发的一种进行科学和工程计算的交互式程序语言。1984年推出第一个商业版本，到现在已经到了6.1版本，功能日趋完善和强大。主要适用于矩阵运算及控制和信息处理领域的分析设计。另外还包括仿真、系统辨识、神经元网络、模糊控制等工具箱。其中Simulink仿真工具箱可以利用图形界面和框图来编程和仿真。

运行M A T L A B程序的流程

*MATLAB软件通常工作在交互状态下，当键入一条命令后，MATLAB系统立即执行该命令并在屏幕上显示结果；

*MATLAB系统也可以执行储存在文件中的命令序列。这两种工作方式构成了系统的解释环境。

数字运算

MATLAB可以像计算器一样直接进行数学运算。

在MATLAB命令窗口内输入：

80*0.8+16*12.2

ans =

259.2000

帮助命令h e l p

MATLAB提供了大量的函数和命令，如果想记住所有的函数及其调用格式几乎是不可能的。

在线帮助可以由help 命令来获得。在MATLAB 的命令窗口直接键入help即可得到所有的帮助主题。如果要对某一命令或函数进行查询，直接在help后跟上该命令或函数即可。

变量的命名规则

变量名对大小写敏感。

变量名的首字符必须是字母。

每个变更名最多可包含19个字符。函数的命名规则与变量相同。

表达式

MTLAB对使用者键入的表达式进行翻译和计算，语句的形式通常为：

变量=表达式；

或简单地写作：表达式；

其中分号是可选的，如果该语句的最后一个字符是分号，则在执行词句时不在屏幕上显示结果。

表达式是由运算符，函数以及变量名组成。例如：z=r*sin(x)

简单矩阵的输入

矩阵不需维数说明和类型定义，存储单元完全由计算机自动分配。输入矩阵最简单的方法是输入矩阵的元素表，每个元素之间用空格或逗号隔开，用“；”号作为元素表中每一行的结束符，并用[ ]将元素表括起来。

例如，输入语句：a=[1 2 3；4 5 6；7 8 9]

则结果为：a = 1 2 3

4 5 6

7 8 9

向量的产生

冒号是MATLAB中一个重要的字符。

语句：x=1:5

产生一个行向量，其元素为1至5的数，每个数较前一数字递增1。即：x=[1 2 3 4 5 ]，增量也可以是其它数。

如：y=[0：2：10]

则y=[0,2,4,6,8,10]

矩阵操作

1、转置：

若a=[1 2 3;4 5 6]

b=a'

得b =

1 4

2 5

3 6

2、求逆(inverse)

使用函数inv(a),例如：

a=[1 2 0; 2 5 -1; 4 10 -1]

inv(a)

ans =

5 2 -2

-2 -1 1

0 -2 1

3、矩阵的加、减、乘。

两个同维矩阵,才能进行加减运算

c= a+b; d=a-b;

a的列数等于b的行数，则e=a*b;

例如：a=[1 3 5 7], b=[2 4 6 8]则

a.*b’

ans =

2 12 30 56

M A T L A B程序的流程

MATLAB通常工作在交互状态下，当键入一条命令后，MATLAB系统立即执行该命令并在屏幕上显示结果；

MATLAB系统也可以执行储存在文件中的命令序列。这两种工作方式构成了系统的解释环境。

当面对一个问题，用文本编辑器编辑好MATLAB程序后，保存为后缀为“.m”的文件（实质为MATLAB命令序列），执行时在命令窗口键入M文件名后回车或用菜单命令。

M A T L A B程序的流程

MATLAB具有类似其它语言while ,for循环语句，可以实现一条语句或一组语句的多次重复执行。

1、for循环

for i = 1:n,

for j = 1:n

a(i , j) = 1/(i+j-1);

end

end

重复执行FOR 和END之间的命令，可以嵌套。

2、while循环

while 表达式

语句

end

例：n=1;y=0;

while n<=100

y=y+n; n=n+1;

end

得 y =5050

3、if语句

if x>0

x=x ;

else

x= - x ;

end

图形处理

MATLAB有强大图形处理功能，能处理二维、三维及图形对象或句柄图形。

二维图形处理常用命令有：

figure 创建图形窗口

plot、fplot、ezplot 基本的二维绘图命令

semilogx、semilogy、semilog，同plot，但此行的命令坐标轴是lnx，lny

xlabel、ylabel、title 标注轴名称与图形标题

text、gtext、legend 标注图形与图例的标注

help graph2d 二维图形方面有命令

help graph3d 三维图形方面有命令

help specgrah 特殊图形方面有命令

假设有两个同长度的向量 x 和 y, 则用 plot(x,y) 就可以自动绘制画出二维图来。如果打开过图形窗口，则在最近打开的图形窗口上绘制此图，如果未打开窗口，则开一个新的窗口绘图。

〖例〗正弦曲线绘制：

t=0:0.1:2*pi; %生成横坐标向量，使其为 0,0.1,0.2,...,6.2

y=sin(t); % 计算正弦向量

plot(t,y) %绘制图形

这样立即可以得出二维图

控制系统工具箱

控制工具箱包含了进行控制系统分析与设计所必需的工具箱函数。

（1）模型建立（2）模型变换

（3）模型简化（4）模型实现

（5）模型特性（6）方程求解

（7）时间响应（8）频率响应

（9）根轨迹（10）估计器／调节器设计

控制系统模型

1）状态空间状态空间形式的系统方程写为：

在MA TLAB 中，这个系统简单的写为A 、B 、C 、D 四个矩阵的形式即可 Sys=ss(A,B,C,D) 2）传递函数

传递函数一般记为:

在MA TLAB 中，直接用分子／分母系数表示 Num=[b0,b1,b2…bm] den=[a0,a1,a2,….an] sys=tf(num,den)

(3)零点增益模型（ZP ）

在MATLAB 中，用[z,p,k]矢量组表示 Sys=zpk(z,p,k) 模型之间的转换

控制系统的时域分析

Impulse 脉冲响应 Step 阶跃响应 Lsim 任意输入模拟 控制系统频域分析

Bode Bode 图 Nyquist Nyquist 图

Margain 增益裕度和相位裕度 例：

figure,bode(sys1) 画其Bode 图 figure,nyquist(sys1) 画Nyquist 图 margin(sys1) 求系统的幅值裕量与相位裕量

Du

Cx y Bu Ax x

+=+= n

n n m

m m a s a s a b s b s b s den s num s H ++++++=

=--......)()()(110110)

)...()(())...()(()(2121m m p s p s p s z s z s z s k

s H ------=[num,den]=ss2tf(a,b,c,d,iu)状态空间到传函[z,p,k]=ss2zp(a,b,c,d,iu)状态空间到零极[a,b,c,d]=tf2ss(num,den)传函到状态空间

[z,p,k]=tf2zp(num,den)传函到零极[a,b,c,d]=zp2ss(z,p,k)零极到状态空间[num,den]=zp2tf(z,p,k)零极到传函

控制系统稳定性分析

在MATLAB中，可利用pzmap函数绘制系统的零极点图，从而确定系统的稳定性

调用格式：

Pzmap(num,den)

系统仿真工具箱S I M U L I N K

类似V B中在窗体上放置控件一样，S I M U L I N K用方框图的绘制代替了程序的编写。SIMULINK 主要完成两方面的工作

建立控制系统的模型

实现控制系统的仿真

S I M U L I N K启动

1. 在MATLAB的命令窗口中键入SIMULINK，就打开了SIMULINK的模块库(如图)；

2. 在MATLAB命令窗口的file菜单中选择new命令的model，将打开一个新的空白窗口；

3. 在MATLAB的工具栏中，按按钮，将打开一个新的空白窗口；

连接与建模

构成任何一个系统需要三步：选定典型环节、相互联接和给定环节参数。

控制工程基础实验指导书(答案)

控制工程基础实验指导书 自控原理实验室编印

（内部教材）

实验项目名称: （所属课 程: 院系: 专业班级: 姓名: 学号: 实验日期: 实验地点: 合作者: 指导教师: 本实验项目成绩: 教师签字: 日期: （以下为实验报告正文） 、实验目的 简述本实验要达到的目的。目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。 二、实验仪器设备 列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。 三、实验内容 简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。 四、实验步骤 简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。 五、实验结果

给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。 六、讨论 分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。 七、参考文献 列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资 料。 格式如下 作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码

实验一控制系统典型环节的模拟、实验目的 、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法; 、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性; 、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。 二、实验仪器 、控制理论电子模拟实验箱一台; 、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 、数字万用表一只;

、各种长度联接导线。 三、实验原理 运放反馈连接 基于图中点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。 、比例环节 实验模拟电路见图所示 U i R i U o 接示波器 以运算放大器为核心元件，由其不同的输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图所示。图中和为复数阻抗，它们都是构成。 Z2 Z1 Ui ,— U o 接示波器 得:

《控制系统CAD》实验指导书

《控制系统CAD及仿真》实验指导书 自动化学院 自动化系

实验一SIMULINK 基础与应用 一、 实验目的 1、熟悉并掌握Simulink 系统的界面、菜单、工具栏按钮的操作方法； 2、掌握查找Simulink 系统功能模块的分类及其用途，熟悉Simulink 系统功能模块的操作方法； 3、掌握Simulink 常用模块的内部参数设置与修改的操作方法； 4、掌握建立子系统和封装子系统的方法。 二、 实验内容： 1. 单位负反馈系统的开环传递函数为： 1000 ()(0.11)(0.0011) G s s s s = ++ 应用Simulink 仿真系统的阶跃响应曲线。 2．PID 控制器在工程应用中的数学模型为： 1 ()(1)()d p i d T s U s K E s T s T s N =+ + 其中采用了一阶环节来近似纯微分动作，为保证有良好的微分近似效果，一般选10N ≥。试建立PID 控制器的Simulink 模型并建立子系统。 三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。

实验二 控制系统分析 一、 实验目的 1、掌握如何使用Matlab 进行系统的时域分析 2、掌握如何使用Matlab 进行系统的频域分析 3、掌握如何使用Matlab 进行系统的根轨迹分析 4、掌握如何使用Matlab 进行系统的稳定性分析 5、掌握如何使用Matlab 进行系统的能观测性、能控性分析 二、 实验内容： 1、时域分析 （1）根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并在图上读标注出峰值，求出系统 的性能指标。 8 106) 65(5)(2 32+++++=s s s s s s G （2）已知两个线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)和2G (s)，绘制它们的单位脉冲响 应曲线。 4 5104 2)(2 321+++++=s s s s s s G ， 27223)(22+++=s s s s G （3）已知线性定常系统的状态空间模型和初始条件，绘制其零输入响应曲线。 ?? ??????????--=????? ???? ???212107814.07814.05572.0x x x x []?? ????=214493 .69691.1x x y ??? ???=01)0(x 2、频域分析 设线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)、2G (s)和3G (s)，将它们的Bode 图绘制在一张图中。 151)(1+= s s G ，4 53.0)(22++=s s s G ，16.0)(3 +=s s G 3、根轨迹分析 根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析系统稳定 的K 值范围。 ) 2)(1()()(++= s s s K s H s G

数控插补多轴运动控制实验指导书(学生)

数控插补多轴运动控制系统解剖实验 实验学时：8 实验类型：独立授课实验 实验要求：必修 一、实验目的 1、通过本实验使学生掌握数控插补多轴控制装置的基本工作原理； 2、根据常用低压电器原理分析各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动实现的控制原理； 3、根据机电一体化产品的设计要求和设计流程进行运动控制系统的功能分析、机械结构分析、控制系统分析以及相关传感器选型等方面的设计内容。 本实验以数控插补多轴运动控制系统为具体对象，使学生掌握机电一体化产品设计和开发的技术流程和主要内容，通过运动控制系统的实现过程掌握常用电气元件识别和原理、数控插补原理、位置伺服控制系统等的设计和实现方式。 二、实验内容 1、通过数控插补多轴控制装置及其相关系统的测试和观察，分析数控插补的工作原理； 2、分析系统的功能、机械结构分析、运动关系以及相关传感器等，分析其相关的机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节等； 3、根据常用低压电器原理，分析系统各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动过程实现的控制原理，并绘制相关的控制原理图和系统连接图。 三、实验设备 1、多轴运动控制系统一套（含电控箱） 2、PC机一台 3、GT-400-SG-PCI 卡一块（插在PC机内部）

四、实验原理 该数控插补多轴运动控制系统是依据开放式数控系统原理构建的，其以通用计算机（PC）的硬件和软件为基础，采用模块化、层次化的体系结构，能通过各种形式向外提供统一应用程序接口的系统。开放式数控系统可分为 3类：（1）CNC 在 PC中；（2）PC作为前端，CNC作为后端；（3）单 PC，双 CPU平台。 本实验采用第一类，把顾高公司的 GT-400-SG-PCI 多轴运动控制卡插入PC 机的插槽中，实现电机的运动控制，完成多轴运动控制系统的控制。其优点如下：（1）成本低，采用标准 PC机；（2）开放性好，用户可自定义软件；（3）界面比传统的 CNC 友好。 图1为该系统的硬件构成图，运动平台机械本体采用模块化拼装，主要由普通PC机、电控箱、运动控制卡、伺服（步进）电机及相关软件组成。其主体由两个直线运动单元（GX系列）组成。每个GX系列直线运动单元主要包括：工作台面、滚珠丝杆、导轨、轴承座、基座等部分，其结构见图2。伺服型电控箱内装有交流伺服驱动器，开关电源，断路器，接触器，运动控制器端子板，按钮开关等。步进型电控箱则装有步进电机驱动器，开关电源，运动控制器端子板，船形开关等。 图1 数控插补多轴控制系统硬件构成

控制工程基础实验指导书(答案) 2..

实验二二阶系统的瞬态响应分析 一、实验目的 1、熟悉二阶模拟系统的组成。 2、研究二阶系统分别工作在ξ=1，0<ξ<1，和ξ> 1三种状态下的单 位阶跃响应。 3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调 整时间ts。 4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。 5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统，并观察结果。 二、实验仪器 1、控制理论电子模拟实验箱一台； 2、超低频慢扫描数字存储示波器一台； 3、数字万用表一只； 4、各种长度联接导线。 三、实验原理 图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2。 图2-1 二阶系统原理框图

图2-1 二阶系统的模拟电路 由图2-2求得二阶系统的闭环传递函 12 22 122112 /() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为 (1)(2), 对比式和式得 n ωξ== 12 T 0.2 , T 0.5 , n S S ωξ====若令则。调节开环增益K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值，可以得到过阻尼(ξ>1)、 临界阻尼（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。 （1）当K >0.625， 0 < ξ < 1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为： 图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线 （2）当K =0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为： 如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。 (2) +2+=222n n n S S )S (G ωξω ω1 ()1sin( ) (3) 2-3n t o d d u t t tg ξωωωω--=+=式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线 e t n o n t t u ωω-+-=)1(1)(

PLC控制系统实验指导书(三菱)(精)

电气与可编程控制器实验指导书 实验课是整个教学过程的—个重要环节.实验是培养学生独立工作能力,使用所学理解决实际问题、巩固基本理论并获得实践技能的重要手段。 一 LC控制系统实验的目的和任务实验目的 1.进行实验基本技能的训练。 2.巩固、加深并扩大所学的基本理论知识,培养解决实际问题的能。 3.培养实事求是、严肃认真,细致踏实的科学作风和良好的实验习惯。为将来从事生产和科学实验打下必要的基础。 4.直观察常用电器的结构。了解其规格和用途,学会正确选择电器的方法。 5.掌握继电器、接触器控制线路的基本环节。 6.初步掌握可编程序控制器的使用方法及程序编制与调试方法。 应以严肃认真的精神,实事求是的态度。踏实细致的作风对待实验课,并在实验课中注意培养自己的独立工作能力和创新精神 二实验方法 做一个实验大致可分为三个阶段,即实验前的准备;进行实验;实验后的数据处理、分及写出实验报告。 1.实验前的准备 实验前应认真阅读实验指导书。明确实验目的、要求、内容、步骤,并复习有关理论知识,在实验前要能记住有关线路和实验步骤。 进入实验室后,不要急于联接线路,应先检查实验所用的电器、仪表、设备是否良好,了解各种电器的结构、工作原理、型号规格,熟悉仪器设备的技术性能和使用

方法,并合理选用仪表及其量程。发现实验设备有故障时,应立即请指导教师检查处理,以保证实验顺利进行。 2. 联接实验电路 接线前合理安排电器、仪表的位置,通常以便于操作和观测读数为原则。各电器相互间距离应适当,以联线整齐美观并便于检查为准。主令控制电器应安装在便于操作的位置。联接导线的截面积应按回路电流大小合理选用,其长度要适当。每个联接点联接线不得多余两根。电器接点上垫片为“瓦片式”时,联接导线只需要去掉绝缘层,导体部分直接插入即可,当垫片为圆形时,导体部分需要顺时针方向打圆圈,然后将螺钉拧紧,下允许有松脱或接触不良的情况,以免通电后产生火花或断路现象。联接导线裸露部分不宜过长。以免相邻两相间造成短路,产生不必要的故障。 联接电路完成后,应全面检查,认为无误后,请指导老师检查后,方可通电实验。 在接线中,要掌握一般的控制规律,例如先串联后并联;先主电路后控制电路;先控制接点,后保护接点,最后接控制线圈等。 3.观察与记录 观察实验中各种现象或记录实验数据是整个实验过程中最主要的步骤,必须认真对待。 进行特性实验时,应注意仪表极性及量程。检测数据时,在特性曲线弯曲部分应多选几个点,而在线性部分时则可少取几个点。 进行控制电路实验时。应有目的地操作主令电器,观察电器的动作情况。进一理解电路工作原理。若出现不正常现象时,应立即断开电源,检查分析,排除故障后继续实验。 注意:运用万用表检查线路故障时,一般在断电情况下,采用电阻档检测故障点;在通电情况下,检测故障点时,应用电压档测量(注意电压性质和量程;此外,还要注意

《自动控制原理》实验指导书

自动控制原理实验指导书 池州学院 机械与电子工程系

目录 实验一、典型线性环节的模拟 (1) 实验二、二阶系统的阶跃响应 (5) 实验三、根轨迹实验 (7) 实验四、频率特性实验 (10) 实验五、控制系统设计与校正实验 ......................................... 错误！未定义书签。实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验...................... 错误！未定义书签。实验七、采样控制系统实验 ..................................................... 错误！未定义书签。实验八、典型非线性环节模拟 ................................................. 错误！未定义书签。实验九、非线性控制系统分析 ................................................. 错误！未定义书签。实验十、非线性系统的相平面法 ............................................. 错误！未定义书签。

实验一、典型线性环节的模拟 一、实验目的： 1、学习典型线性环节的模拟方法。 2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。 二、实验设备： 1、XMN-2型实验箱； 2、LZ2系列函数记录仪； 3、万用表。 三、实验内容： 1、比例环节： r(t) 方块图模拟电路 图中： i f P R R K= 分别求取R i=1M，R f=510K，（K P=0.5）； R i=1M，R f=1M，（K P=1）； R i=510K，R f=1M，（K P=2）； 时的阶跃响应曲线。 2、积分环节： r(t) 方块图模拟电路图中：T i=R i C f 分别求取R i=1M，C f=1μ，（T i=1s）； R i=1M，C f=4.7μ，（T i=4.7s）；）；

控制工程实验指导书

实验一 传递函数的测定 一、实验准备知识 1.一阶系统传递函数及其特征参数对其性能的影响； 2.一阶系统的阶跃响应； 3.直流电动机工作原理； 4.直流发电机的工作原理。 二、实验目的 1.掌握直流电动机系统工作框图，并推导其传递函数； 2.掌握一阶系统（以直流电动机为例）传递函数的测试方法； 3.学会相关实验仪器的使用方法，包括：低频示波器、光电测速仪、稳压电源等。 三、实验仪器 1.直流电动机-测速发电机组一套； 2.低频示波器一台； 3.光电测速仪一套； 4.三路稳压电源一台； 5.连接导线若干。 四、实验原理 1.直流电机工作原理 2.电枢控制式直流电机传递函数的建立 (1) 电网络平衡方程 a a d a di L Ri e u dt ++= 式中，a i 为电动机的电枢电流； R ——电动机的电阻； L ——电动机的电感； d e ——电枢绕组的感应电动势。 工作原理图：

负载L M R a i M L ω a u d e 1Ls R +() d E s () a I s m k () s ω() M s d k 1Js () a U s () L M s 系统方框图： (2) 电动势平衡方程 d d e k ω= 式中，d k 为电动势常数，由电动机的结构参数确定。 (3) 机械平衡方程 L d J M M dt ω =- 式中，J ——电动机转子的转动惯量； M ——电动机的电磁转矩； L M ——折合阻力矩。 (4) 转矩平衡方程 a m i K M = 式中，m K 表示电磁力矩常数，由电动机的结构参数确定。 将上述四个方程联立，因为空载下的阻力矩很小，略去L M ，并消去中间变量a i 、d e 、 M ，得到关于输入输出的微分方程式： 22d a m m JL d JR d k u K dt K dt ωω ω++= 这是一个二阶线性微分方程，因为电枢绕组的电感一般很小，若略去L ，则可以得到简化的一阶线性微分方程为： d a m JR d K u K dt ω ω+=

《控制系统计算机仿真》实验指导书

实验一 Matlab使用方法和程序设计 一、实验目的 1、掌握Matlab软件使用的基本方法； 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、熟悉Matlab程序设计的基本方法 二、实验内容 1、帮助命令 使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法； 2、矩阵运算 （1）矩阵的乘法 已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 求A^2*B （2）矩阵除法 已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3]; A\B,A/B （3）矩阵的转置及共轭转置 已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i]; 求A.', A' （4）使用冒号选出指定元素 已知：A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; 求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素； （5）方括号[] 用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列 3、多项式 （1）求多项式p(x) = x3 - 2x - 4的根 （2）已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ， 求矩阵A的特征多项式; 求特征多项式中未知数为20时的值； 4、基本绘图命令 （1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t∈[0，2π] （2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)，t∈[0，2π] 5、基本绘图控制 绘制[0，4π]区间上的x1=10sint曲线，并要求： （1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号； （2）坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线 （3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； 6、基本程序设计 （1）编写命令文件：计算1+2+?+n<2000时的最大n值； （2）编写函数文件：分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幂的和。 三、预习要求 利用所学知识，编写实验内容中2到6的相应程序，并写在预习报告上。

过程控制系统实验指导书解析

过程控制系统实验指导书 王永昌 西安交通大学自动化系 2015.3

实验一先进智能仪表控制实验 一、实验目的 1．学习YS—170、YS—1700等仪表的使用； 2．掌握控制系统中PID参数的整定方法； 3．熟悉Smith补偿算法。 二、实验内容 1．熟悉YS-1700单回路调节器与编程器的操作方法与步骤，用图形编程器编写简单的PID仿真程序； 2．重点进行Smith补偿器法改善大滞后对象的控制仿真实验； 3．设置SV与仿真参数，对PID参数进行整定，观察仿真结果，记录数据。 4．了解单回路控制，串级控制及顺序控制的概念，组成方式。 三、实验原理 1、YS—1700介绍 YS1700 产于日本横河公司，是一款用于过程控制的指示调节器，除了具有YS170一样的功能外，还带有可编程运算功能和2回路控制模式，可用于构建小规模的控制系统。其外形图如下： YS1700 是一款带有模拟和顺序逻辑运算的智能调节器，可以使用简单的语言对过程控制进行编程（当然，也可不使用编程模式）。高清晰的LCD提供了4种模拟类型操作面板和方便的双回路显示，简单地按前面板键就可进行操作。能在一个屏幕上对串级或两个独立的回路进行操作。标准配置I/O状态显示、预置PID控制、趋势、MV后备手动输出等功能，并且可选择是否通信及直接接收热偶、热阻等现场信号。对YS1700编程可直接在PC机上完成。

SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路：（1）基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。 （2）串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。 （3）选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。 当YS1700处于不同类型的控制模式时，其内部模块连接关系可以表示如下：（1）、单回路控制模式

现代控制理论实验指导书3-第3章[1]

实验三利用MATLAB求取状态空间模型的相似变换及其标准型、控制系统的不同状态模型实现 实验目的： 1、通过实验掌握线性系统的对角线标准型、约当标准型、模态标准型以及伴随矩阵标准型的表示及相应变换阵的求解； 2、通过编程、上机调试，掌握系统可控性和可观测性的判别方法、系统的可控性和可观测性分解等； 3、加深理解由控制系统传递函数建立能控、能观、约当标准型等不同状态模型的方法。实验原理： 一、线性系统状态空间模型的相似变换及其标准型 （1）将状态空间模型G经变换矩阵T变换为状态空间模型G1； G1=ss2ss(G,T) （2）将状态空间模型G经变换矩阵T变换为其他形式的状态空间模型G1 [G1,T]=canon(G,type) 其中，当type为'companion'、'modal'、'jordan' 时，分别将状态空间模型G变换 为伴随矩阵标准型、模态标准型、约当标准型状态空间模型G1，并得到相应的变 换矩阵T； （3）计算矩阵A的特征值及与特征值对应的对角型变换矩阵D； [V,D]=eig(A) （4）计算矩阵A变换为约当标准型J，并得到变换矩阵V； [V,J]=jordan(A) 二、线性系统可控、可观判别方法与分解 （1）构造系统的可控性判别矩阵Tc； Tc=ctrb(A,B) （2）构造系统的可观测性判别矩阵To； To=obsv(A,C) （3）求取可控Gram矩阵和可观测Gram矩阵； W=gram(G,type) 其中type为'c'时，为求取可控Gram矩阵，type为'o'时，为求取可观测Gram 矩阵。 （4）能控性分解 [Ac,Bc,Cc,Tc,Kc]=ctrbf(A,B,C) 将系统分解为可控子系统和不可控子系统，Tc是变换阵，sum(Kc)是可控状 态的数目； （5）能观测性分解

计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书(详)

计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验 一、实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 二、实验设备 AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。 三、实验原理 图2-15为单回路水箱液位控制系统 单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。 图2-16 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线

现代控制理论实验指导书

实验1 用MATLAB 分析状态空间模型 1、实验设备 PC 计算机1台，MATLAB 软件1套。 2、实验目的 ① 学习系统状态空间表达式的建立方法、了解系统状态空间表达式与传递函数相互转换的方法； ② 通过编程、上机调试，掌握系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法。 3、实验原理说明 参考教材P56~59“2.7 用MA TLAB 分析状态空间模型” 4、实验步骤 ① 根据所给系统的传递函数或A 、B 、C 矩阵，依据系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系式，采用MATLAB 编程。 ② 在MA TLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 题1.1 已知SISO 系统的传递函数为 243258()2639 s s g s s s s s ++=++++ （1）将其输入到MATLAB 工作空间； （2）获得系统的状态空间模型。 题1.2 已知SISO 系统的状态空间表达式为 112233010100134326x x x x u x x ????????????????=+????????????????----????????，[]123100x y x x ????=?????? （1）将其输入到MATLAB 工作空间； （2）求系统的传递函数。 实验2 利用MATLAB 求解系统的状态方程 1、实验设备 PC 计算机1台，MATLAB 软件1套。 2、实验目的 ① 学习系统齐次、非齐次状态方程求解的方法，计算矩阵指数，求状态响应； ② 通过编程、上机调试，掌握求解系统状态方程的方法，学会绘制状态响应曲线； ③ 掌握利用MATLAB 导出连续状态空间模型的离散化模型的方法。 3、实验原理说明 参考教材P99~101“3.8 利用MATLAB 求解系统的状态方程” 4、实验步骤 （1）根据所给系统的状态方程，依据系统状态方程的解的表达式，采用MA TLAB 编程。 （2）在MATLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 题2.1 已知SISO 系统的状态方程为

控制工程-实验指导书-修订版

《控制工程基础》实验指导书常熟理工学院机械工程学院 2009.9

目录 1.MATLAB时域分析实验 (2) 2.MATLAB频域分析实验 (4) 3.Matlab校正环节仿真实验 (8) 4.附录：Matlab基础知识 (14)

实验1 MATLAB 时域分析实验 一、实验目的 1． 利用MATLAB 进行时域分析和仿真。 要求：(1)计算连续系统的时域响应（单位脉冲输入，单位阶跃输入，任意输入）。 2．掌握Matlab 系统分析函数impulse 、step 、lsim 、roots 、pzmap 的应用。 二、实验内容 1．已知某高阶系统的传递函数为 ()265432 220501584223309240100 s s G s s s s s s s ++=++++++，试求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应和单位加速度响应。 MATLAB 计算程序 num=[2 20 50]; den=[1 15 84 223 309 240 100]; t= (0: 0.1: 20); figure (1); impulse (num,den,t); %Impulse Response figure (2); step(num,den,t);%Step Response figure (3); u1=(t); %Ramp.Input hold on; plot(t,u1); lsim(num,den,u1,t); %Ramp. Response gtext(‘t’); figure (4); u2=(t.*t/2);%Acce.Input u2=(0.5*(t.*t)) hold on; plot(t,u2); lsim(num,den,u2,t);%Acce. Response

单回路控制系统实验过程控制实验指导书

单回路控制系统实验 单回路控制系统概述 实验三单容水箱液位定值控制实验 实验四双容水箱液位定值控制实验 实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验 实验三 实验项目名称：单容液位定值控制系统 实验项目性质：综合型实验 所属课程名称：过程控制系统 实验计划学时：2学时 一、实验目的 1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。 2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。 3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。 5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。 二、实验内容和（原理）要求 本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃

给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。 三、实验主要仪器设备和材料 1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个； 2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根； 3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。 四、实验方法、步骤及结果测试 本实验选择中水箱作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。 具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。 （一）、智能仪表控制 1．按照图3-5连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。 图3-4 中水箱单容液位定值控制系统

201306车辆工程专业自动控制原理实验指导书[tian]

《自动控制原理》课程实验指导书 主编田玉冬 适用专业：车辆工程 上海电机学院 2013年06月

目录 前言 (2) 实验规则 (3) 实验一典型环节的时域响应实验 (4) 实验二典型系统瞬态响应和稳定性分析实验 (6) 实验三控制系统的频率特性分析实验 (9)

前言 《自动控制原理》是车辆工程专业的一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。 当前，科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的大学生，既要有坚实的理论基础，又要有严格的工程技术训练，不断提高的实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。21世纪要求培养“创造型、开发型、应用型”人才，这就对我们实验教学提出了新的考验。自动控制原理课程的理论性较强，因此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题、解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。 自动控制原理实验系统是为《自动控制原理》的教学实验专门研制的，是师生科研的有利工具。它具有直观、操作灵活等便于培养学生实验技能的优点，为充分发挥学生独立思考能力和主观能动性。实验指导书明确要求实验前做好有关理论计算或分析，而实验步骤通常是原则性的。实验中可能碰到的主要问题则列在思考题内以引起学生的注意。 《自动控制原理实验》是该课程的课内实验，总计6学时。本课程实验主要完成线性连续系统方面的实验共三个。实验主要以计算机为平台、以操作观察检测为主，在实验中应主要熟悉自动控制系统的时频分析，熟悉各部件的安装位置，掌握工作的原理及检测方法。在完成实验后，需写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程和结果、心得和体会等。

机械控制工程基础实验指导书

机械控制工程基础实验 指导书 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】

河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》 实验指导书 专业：机械制造与自动化、起重运输机械设计与制造等 机械制造与自动化教研室编 2012年12月

目录

实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是： 1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概 念、控制系统的分析方法和设计方法； 2、重点学习如何利用MATLAB工具解决实际工程问题和 计算机实践问题； 3、提高应用计算机的能力及水平。 二、实验设备 1、计算机 2、MATLAB软件 三、对参加实验学生的要求 1、阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确每次实验的目的，了解内容和方法。 2、按实验指导书要求进行操作；在实验中注意观察，记录有关数据和图 像，并由指导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑，整理实验桌子，恢复到实验前的情况。 4、认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹 要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。 5、爱护实验设备，遵守实验室纪律。 实验模块一 MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的建立 一、预备知识 的简介

MATLAB为矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源：20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler 为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由 Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位：和Mathematica、Maple并称为三大数学软件，在数学类科技应用软件中，在数值计算方面首屈一指。 功能：矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。 应用范围：工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 图1-1 MATLAB图形处理示例 的工作环境 启动MATLAB，显示的窗口如下图所示。 MATLAB的工作环境包括菜单栏、工具栏以及命令运行窗口区、工作变量区、历史指令区、当前目录窗口和M文件窗口。 (1)菜单栏用于完成基本的文件输入、编辑、显示、MATLAB工作环境交互性设置等操作。 (2)命令运行窗口“Command Window”是用户与MATLAB交互的主窗口。窗口中的符号“》”表示MATLAB已准备好，正等待用户输入命令。用户可以在“》”提示符后面输入命令，实现计算或绘图功能。 说明：用户只要单击窗口分离键，即可独立打开命令窗口，而选中命令窗口中Desktop菜单的“Dock Command Window”子菜单又可让命令窗口返回桌面（MATLAB桌面的其他窗口也具有同样的操作功能）；在命令窗口中，可使用方向

机械控制工程基础实验指导书版

河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》

目录 实验任务和要求............................................................................................................................................. 实验模块一MATLAB基础实验............................................................................................................

实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是： 1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设 2、按实验指导书要求进行操作；在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指 导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑，整理实验桌子，恢复到实验前的情况。

4、认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹要清楚， 画曲线要用坐标纸，结论要明确。 5、爱护实验设备，遵守实验室纪律。 实验模块一MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的 建立 一、预备知识 1.MATLAB的简介 MATLAB为矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源：20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位：和Mathematica、Maple并称为三大数学软件，在数学类科技应用软件中，在数值计算方面首屈一指。 功能：矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言

哈工大_机电系统控制基础实验_指导书

前言 《机电系统控制基础》既是一门理论性较强、又紧密联系工程实际的实践性较强的课程，本课程的重点在于培养学生对机电系统进行建模、分析与控制的能力。难点在于如何使机电类专业的学生结合工程实际，特别是结合机械工程实际，从整体分析系统的动态行为，理解和掌握略显深奥、难懂的经典控制理论，并应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决机械工程中的实际问题。 通过实验教学环节使学生验证课堂教学的理论，使学生能够建立机电系统控制的整体概念，加深对经典控制论中基本概念和基本方法的理解，并掌握其在分析、研究和解决实际机械工程控制问题中的应用。通过三方面的实验：原理性仿真实验，面向机电系统中典型物理对象/系统的特性测试与分析实验，和典型机电系统的控制三方面实验。将所学的课程内容融会贯通，培养学生分析和解决问题的能力。

1 机电系统控制基础原理性仿真实验 1.1 实验目的 通过仿真实验，掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性，分析系统开环增益、系统阻尼、系统刚度、负载、无阻尼自振频率等机电参数对响应、超调量、峰值时间、调整时间、以及稳态跟踪误差的影响；掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法，最后，学会使用matlab软件对机电系统进行仿真，加深理解系统动态响应特性与系统各参数的关系。 1.2系统典型输入的响应实验 1.2.1 实验原理 1．一阶系统的单位脉冲响应 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink实现图，如图1-1所示 (a)可观测到输出曲线 (b)输入、输出曲线均可观测到 图1-1惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink实现图 2．一阶系统的单位阶跃响应 一阶系统的单位阶跃响应simulink实现图如图1-2所示。

自动控制原理实验指导书(2017-2018-1)

自动控制原理实验指导书 王娜编写 电气工程与自动化学院 自动化系 2017年11月 实验一控制系统的时域分析

[实验目的] 1、熟悉并掌握Matlab 操作环境和基本方法，如数据表示、绘图等命令； 2、掌握控制信号的拉氏变换与反变换laplace 和ilaplace ，控制系统生成模型的常用函数命令sys=tf(num,den)，会绘制单位阶跃、脉冲响应曲线； 3、会构造控制系统的传递函数、会利用matlab 函数求取系统闭环特征根； 4、会分析控制系统中n ζω， 对系统阶跃、脉冲响应的影响。 [实验内容及步骤] 1、矩阵运算 a) 构建矩阵：A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 解： >> A=[1 2;3 4] A = 1 2 3 4 >>B=[5 5;7 8] B = 5 5 7 8 b) 已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵A 的特征值、特征多项式和特征向量. 解：>> A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4]; >> [V ,D]=eig(A) V = 0.4181 -0.4579 - 0.3096i -0.4579 + 0.3096i -0.6044 0.6211 -0.1757 + 0.2740i -0.1757 - 0.2740i 0.0504 0.5524 0.7474 0.7474 -0.2826 0.3665 -0.1592 - 0.0675i -0.1592 + 0.0675i 0.7432 D = 13.0527 0 0 0 0 -4.1671 + 1.9663i 0 0 0 0 -4.1671 - 1.9663i 0 0 0 0 2.1815 >> p=poly(A) p = -6.9000 -77.2600 -86.1300 604.5500 2. 基本绘图命令 a) 绘制余弦曲线y=cos(x)，x ∈[0，2π] 解：>> x=linspace(0,2*pi); >> y=cos(x); >> plot(x,y)

自动控制原理实验指导书

目录 实验一演示实验 (2) 实验二典型系统瞬态响应和稳定性 (5) 实验三控制系统频率特性 (10) 实验四系统校正 (13) 实验五非线性系统 (14) 实验六状态反馈 (17) 实验七采样系统分析 (18) 附录TDN―ACS系统简介 (22)

实验一演示实验 一、实验目的： 1、了解控制系统的基本组成及工作原理。 2、增强系统结构形式的感性认识。 二、实验要求： 观察二级倒立摆实验装置的结构及实验现象，观测步进电机转速与参数之间的关系。 三、实验仪器： 1、TDN—ACS实验箱一台 2、计算机一台 3、万用表一块 4、BDL二级到立摆实验装置一台 四、步进电机调速实验的实验原理及接线： 本实验使用35BYJ46形四项八拍电机，电压DC12V，器励磁线圈及励磁顺序如下图： 1、实验线路：

STACK SEGMENT STACK DW 256 DUP STACK ENDS DATA SEGMENT TABLE DB 01H，03H，02H，06H，04H，0CH，08H，09H ；步进电机对应步值 DATA ENDS ；8255B口输出值 CODE SEGMENT ASSUME CS：CODE，DS：DATA START：MOV AX，DATA MOV DS，AX MAIN：MOV AL，90H OUT 63H，AL A1：MOV BX，OFFSET TABLE MOV CX，0008H ；步进电机步数为8 A2：MOV AL，BX ；8255 输出 OUT 61H，AL CALL DALLY ；调DALLY延二级倒立摆系统的时程序 INC BX LOOP A2 JMP A1 DALLY：PUSH CX MOV CX，5000H ；增减输入到BX中的值可改变步 ；间延时值 T1：PUSH AX POP AX LOOP T1