自动控制理论实验报告

实验五 线性系统的时域分析

一、实验目的

1、学会使用MATLAB绘制控制系统的单位阶跃响应曲线； 2、研究二阶控制系统中 、 对系统阶跃响应的影响

3、掌握系统动态性能指标的获得方法及参数对系统动态性能的影响。

二、 实验设备

Pc机一台，MATLAB软件。

三、实验举例

已知二阶控制系统：C（s)/R(s）=10/[s2+2s+10]

求：系统的特征根? 、wn 系统的单位阶跃响应曲线

解：1、求该系统的特征根

若已知系统的特征多项式D()，利用roots()函数可以求其特征根。若已知系统的传递函数，可以利用eig()函数直接求出系统的特征根。

在MATLAB命令窗口提示符下键入： （符号 表示回车） num=[10] 分子多项式系数 den=[1 2 10] 分母多项式系数 sys=tf（num，den）； 建立控制系统的传递函数模型 eig（sys） 求出系统的特征根

屏幕显示得到系统的特征根为：

ans = -1.0000 + 3.000

自动控制理论专题实验报告

孙楠 自动化94 09054079

自动控制理论专题实验

一．实验目的及要求

1、 学会使用MATLAB及控制系统工具箱；

2、 掌握MATLAB常用命令及控制系统工具箱中的各种函数的使用； 3、 学会编写M文件，对控制系统进行分析与设计：

能熟练的对控制系统的稳定性进行判断；对系统的可控性与可观性进行判断；用频域特性和时域特性对控制系统进行分析与设计；掌握控制系统的设计方法。

二．实验内容分析及结果

实验一：已知单位反馈系统的开环传递函数为：

Gk(s)?k

s(1?s)(1?0.5s)试设计串连校正装置，使系统相位裕量为??40?，增益裕量Kg?10dB,静态速度误差系数Kv?5s?1。要求在同一窗口下分别绘制出校正前后的频域响应曲线，阶跃响应曲线，判断系统校正前后的稳定性。 实验过程：

1.由静态速度误差系数Kv?5s?1，可得k>=5，令k=5，作校正前的频率响应图，如下图所示：

系统的频域响应曲线10050Magnitude (dB)Phase (deg)0-50-100-150-90-135-180-225-27010-210-1100101102Frequency (rad/sec)

求得此时相位裕度

3.2 线性控制系统的频域分析实验报告

3.2.1 一阶惯性环节的频率特性曲线

一．实验要求

了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。

二．实验内容及步骤

本实验用于观察和分析一阶惯性环节的频率特性曲线。

频域分析法是应用频率特性研究线性系统的一种经典方法。它以控制系统的频率特性作为数学模型，以波德图或其他图表作为分析工具，来研究和分析控制系统的动态性能与稳态性能。

本实验将数/模转换器（B2）单元作为信号发生器，实验开始后，将按‘频率特性扫描点设置’表规定的频率值，按序自动产生多种频率信号，OUT2输出施加于被测系统的输入端r(t)，然后分别测量被测系统的输出信号的闭环对数幅值和相位，数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。

惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-1。

图3-2-1 惯性环节的频率特性测试电路

实验步骤：

（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。

（2）构造模拟电路：按图3-2-1安置短路套及测孔联线，表如下。 （a）安置短路套 （b）测孔联线

1 信号输入 B2（OUT2）→A3（H1） 模块号 跨

《自控控制原理》实验报告

《自动控制原理》

实验报告

姓名：

学号： 班级： 11电气1班 专业： 电气工程及其自动化 学院： 电气与信息工程学院

2013年12月

1 / 50

《自控控制原理》实验报告

目 录

实验一、典型环节的模拟研究 实验二、二阶系统的阶跃响应分析 实验三、线性系统的稳态误差分析 实验四、线性系统的频率响应分析

2 / 50

《自控控制原理》实验报告

实验一 典型环节的模拟研究

1.1 实验目的

1、熟悉并掌握TD-ACS设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。 2、熟悉各种典型环节的理想阶跃曲线和实际阶跃响应曲

信 控 学 院 上 机 实 验

实 验 报 告

课程 自动控制原理 实验日期 年 月 日

专业班级 测控1201班 姓名 XXXX 学号 XXXXX同组人

实验名称系统的能控性与能观测性分析及状态反馈极点配置

批阅教师签字

一、实验目的

1、学习掌握MATLAB控制工具箱中的基本命令的操作方法； 2、加深理解能观测性、能控性等观念；

3、掌握状态反馈系统的极点配置方法，研究不同配置对系统

动态特性的影响。

二、实验内容

1、学习掌握MATLAB控制工具箱中的基本命令的操作方法，特别是数学模型的描述。（自选控制对象模型，应用以下命令，并写出结果） 1） step, damp, pzmap, rlocus, rlocfind, bode, margin,

nyquist；

2） tf2ss, ss2tf, tf2zp, zp2ss； 3） ss2ss, jordan, canon, eig。 2、能控性、能观测性分析

（a）了解以下命令的功能；自选对象模型，进行运算，并写出结果。

自动控制理论实验报告

学生姓名：

学 号：

学院名称：

专业班级：

I

爱迪克自控/计控原理实验系统

目 录

实验一 典型环节的模拟研究?????????????????3 实验二 二阶系统瞬态响应和稳定性??????????????10 实验三 三阶系统的瞬态响应和稳定性?????????????14 实验四 实验五 实验六 实验七 一阶、二阶系统的频率特性曲线????????????18 频率特性的时域分析?????????????????27 频域法串联超前校正?????????????????29 频域法串联迟后校正?????????????????35

II

实验一 典型环节的模拟研究

一. 实验要求

1． 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 2． 观察和分析各典型环

自动控制原理 实验报告

学院： 电子信息工程学院 班级：

自动化1305

肖书文 13212163

组员：

龚成贵 13212005

张丹 13212168

2015年1月3日

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、实验仪器

1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台

三、实验原理

1．模拟实验的基本原理：

①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。

②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。

③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

1

响。

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。

G(s)?R2R12. 惯性环节的模拟电路及其传递函数。 G(s)??KTs?1(K?R2

R,T?R2C)13. 积分环节的模拟电路及传递函数。

自动控制原理 实验报告

学院： 电子信息工程学院 班级：

自动化1305

肖书文 13212163

组员：

龚成贵 13212005

张丹 13212168

2015年1月3日

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、实验仪器

1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台

三、实验原理

1．模拟实验的基本原理：

①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。

②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。

③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

1

响。

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。

G(s)?R2R12. 惯性环节的模拟电路及其传递函数。 G(s)??KTs?1(K?R2

R,T?R2C)13. 积分环节的模拟电路及传递函数。

控制理论基础实验（基于MATLAB）

控制理论基础实验

班级：05611001 学号：1120101327 姓名：付予

实验时间：周五下午7、8节

指导教师：范哲意

1

控制理论基础实验（基于MATLAB）

实验一：控制系统的模型建立

一、实验目的

1. 掌握利用MATLAB 建立控制系统模型的方法。 2. 掌握系统的各种模型表述及相互之间的转换关系。 3. 学习和掌握系统模型连接的等效变换。

二、实验原理

1．系统模型的MATLAB描述 1）传递函数（TF）模型 2)零极点增益(ZPK)模型 3）状态空间（SS）模型 4)三种模型之间的转换

2. 系统模型的连接

在实际应用中，整个控制系统是由多个单一的模型组合而成，基本的组合方式有串联连接、并联连接和反馈连接。

三、实验内容

1. 已知控制系统的传递函数如下

2s2?18s?40G(s)?3 2S?5s?8s?6试用MATLAB 建立系统的传递函数模型、零极点增益模型及系统的状态空间方程模型，并绘制系统零极点图。

实验代码： >> num=[2,18,40]; >> den=[1,5,8,6];

>> gtf=tf(num,den) >> gzpk=zpk(gtf)

2

控制理论基础实

控制理论基础实验（基于MATLAB）

控制理论基础实验

班级：05611001 学号：1120101327 姓名：付予

实验时间：周五下午7、8节

指导教师：范哲意

1

控制理论基础实验（基于MATLAB）

实验一：控制系统的模型建立

一、实验目的

1. 掌握利用MATLAB 建立控制系统模型的方法。 2. 掌握系统的各种模型表述及相互之间的转换关系。 3. 学习和掌握系统模型连接的等效变换。

二、实验原理

1．系统模型的MATLAB描述 1）传递函数（TF）模型 2)零极点增益(ZPK)模型 3）状态空间（SS）模型 4)三种模型之间的转换

2. 系统模型的连接

在实际应用中，整个控制系统是由多个单一的模型组合而成，基本的组合方式有串联连接、并联连接和反馈连接。

三、实验内容

1. 已知控制系统的传递函数如下

2s2?18s?40G(s)?3 2S?5s?8s?6试用MATLAB 建立系统的传递函数模型、零极点增益模型及系统的状态空间方程模型，并绘制系统零极点图。

实验代码： >> num=[2,18,40]; >> den=[1,5,8,6];

>> gtf=tf(num,den) >> gzpk=zpk(gtf)

2

控制理论基础实