第一篇：自控設計實驗感想

一周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。

自控課程設計是我們專業課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎．

通過這次自控系統設計，本人在多方面都有所提高。通過這次系統設計，綜合運用本專業所學課程的理論和生產實際知識進行一次設計工作的實際訓練從而培養和提高學生獨立工作能力，鞏固與擴充了系統設計等課程所學的內容，掌握矯正電動機不穩定系統設計的方法和步驟，掌握系統設計的基本的技能。懂得了怎樣分析系統的穩定性，怎樣確定矯正方案，了解了系統的基本結構，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規范和標準，同時各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。

在這次設計過程中，體現出自己單獨設計自控系統的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發現自己平時學習的不足和薄弱環節，從而加以彌補。

特別系最后驗證成果那天，我們小組最強悍啦，從早上九點連續不斷工作到下午四點半，足足八個小時，期間連廁所都顧不上，飯也沒吃，空著肚子，憋著尿也硬是堅持到最后，結果，我們笑到了最后，也勝利了，終于把該死的波形給矯正出來，真系千呼萬喚始出來也！

在此感謝我們的彭康擁老師.，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；老師循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次課程設計的每個實驗細節和每個數據，都離不開老師您的細心指導。而您開朗的個性和寬容的態度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設計。

同時感謝對我幫助過的同學們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學的友誼。尤其系兩位領頭人，永成跟震東，他們一絲不茍，不停地接線，修改再修改……終于，讓我們見到成功的光芒。

由于本人的設計能力有限，在設計過程中難免出現錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。

第二篇：工商自控原理實驗考試題

工商自控原理實驗考試題

要求：寫出每個題目的程序清單和運行結果，按照題目要求分析結果。1 已知系統的閉環傳遞函數為：?(s)?3s?2，將此傳遞函數在Matlab中(s?5)(s?3)(s?1)

表示成零極點的形式和一般形式、部分分式形式。

2已知系統的開環傳遞函數為

Gk(s)?Kg

ss?22

繪制系統開環零、極圖和根軌跡圖，并分析系統的穩定性。

3已知系統的開環傳遞函數為G0(s)?4s?1 2s(s?1)(2s?1)

繪制系統的Nyquist圖，利用Nyquist穩定判據判斷該系統的穩定性。

4在Matlab中畫出在不同阻尼系數?（0，0.2，0.4，0.6，0.8，1）下，典型二階系統的單位階躍響應曲線，分析系統參數對階躍響應的影響。

第三篇：自控原理實驗教案

自動控制原理實驗教案

王曉明

遼寧科技大學電信學院

實 驗 要 求

1.實驗預習： 實驗前必須認真預習實驗指導書及其相關的理論知識，作好充分準備。對于設計性實驗和綜合性實驗，學生必須在實驗前拿出設計方案，以其達到預期的目標，寫出預習報告。讓指導老師檢查合格的方可進行實驗。2.實驗進行： 學生進入實驗室，要保持室內整潔安靜。按照預習報告進行實驗。實驗中需要改接線的，應關掉電源后才能拆、接線。實驗時應注意觀察，若發現有異常現象，應立即關掉電源，保持現場并報告指導老師處理。

3.實驗數據： 實驗過程中應仔細觀察實驗現象，認真記錄實驗結果、數據、波形。所記錄的實驗結果經指導老師審閱后再拆除實驗線路。

4.實驗報告： 要求學生獨立完成實驗報告，不許抄襲或請人代勞。報告內容包括實驗目的、實驗設備、實驗內容、實驗電路圖、實驗數據及仿真曲線、實驗思考題等。要求文字書寫整齊清潔。

5.未盡事項由實驗教師和認課教師協商決定。

目 錄

實驗一 線性定常系統的瞬態響應?????????????????3 實驗二 控制系統穩定性分析???????????????????6 實驗三 根軌跡法????????????????????????10 實驗四 典型環節和系統頻率特性的測量??????????????13 實驗五 串聯校正環節的設計???????????????????16 實驗六 離散控制系統的設計???????????????????24 實驗七 典型非線性環節的靜態特性????????????????27 實驗八 PID的控制作用?????????????????????31 附 錄 硬件的組成及原理????????????????????33

實驗一 線性定常系統的瞬態響應

一、實驗目的

1、掌握線性定常系統動態性能指標的測試方法；

2、研究線性定常系統的參數對其動態性能和穩定性的影響。

二、實驗設備

1、THBCC-1型 信號與系統·控制理論及計算機控制技術實驗平臺

2、PC機1臺(含上位機軟件)USB通信線1根

3、MATLAB軟件

4、萬用表1只

三、實驗內容

1、觀測一階、二階系統的階躍響應，并測出（或計算出）其上升時間、超調量和調節時間；

2、改變一階系統的時間常數，測出（或計算出）其上升時間和調節時間；

13、調節二階系統的開環增益K，使系統的阻尼比ζ=，測出（或計算出）

2此時系統的上升時間、超調量和調整時間；

4、二階系統的開環增益K固定，調節二階系統的時間常數，分別使二階系統的ζ=0，0<ζ<1，ζ＝1和ζ>1，測出（或計算出）此時系統的上升時間、超調量和調整時間。

四、實驗原理

本實驗是研究一階、二階系統的瞬態響應。

一階系統（閉環）的傳遞函數為： G(s)?Ts?

1圖1-1一階系統模擬電路圖

K=R2=1 T=R2C R1=R2=100K C=10?f R0=200K R1 改變R2、R1、C的值就可改變K、T的值。二階系統（單位反饋）的開環傳遞函數為：G(s)?Ks(Ts?1)

Wn2KC(S)1閉環傳遞函數：W（S）==2W== ?nT1T2RCR(S)S?2?WnS?Wn2??

12T2R? R=R1=R2=100K C=10?f K1K22Rx圖1-2 二階系統方框圖

圖1-3 二階系統模擬電路圖

(a)欠阻尼(0

五、實驗步驟

根據上圖，選擇實驗臺上的通用電路單元設計并組建模擬電路。

1.?n值一定時，圖1-3中取C=1uF，R=100K(此時?n?10)，Rx阻值可調范圍為0～470K。系統輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用上位軟件觀測并記錄不同?值時的實驗曲線。

1.1當可調電位器RX=250K時，?=0.2，系統處于欠阻尼狀態，其超調量 為53%左右；

1.2若可調電位器RX=70.7K時，?=0.707，系統處于欠阻尼狀態，其超調量為4.3%左右；

1.3若可調電位器RX=50K時，?=1，系統處于臨界阻尼狀態;1.4若可調電位器RX=25K時，?=2，系統處于過阻尼狀態。

2.?值一定時，圖1-3中取R=100K，RX=250K(此時?=0.2)。系統輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用上位軟件觀測并記錄不同?n值時的實驗曲線。

2.1若取C=10uF時，?n?1 2.2若取C=0.1uF時，?n?100

六、實驗報告要求

1、根據題目要求，畫出一階、二階線性定常系統的實驗電路圖，寫出它們的閉環傳遞函數，并標明電路中的各參數。

2、根據測得的系統單位階躍響應曲線，分析開環增益K和時間常數T對系統動態特性的影響。

3、設計一個一階線性定常閉環系統，并根據系統的階躍輸入響應確定該系統的時間常數。

七、實驗思考題

1、如果階躍輸入信號的幅值過大，會在實驗中產生什么后果？

2、在電路模擬系統中，如何實現負反饋和單位負反饋？

3、為什么本實驗中一階系統對階躍輸入信號的穩態誤差不為零？二階系統對階躍輸入信號的穩態誤差都為零？

注意：Ui輸入一個單位階躍信號，用電壓表調單位階躍；地與穩壓電源的地短接。輸出可調電阻用面板上的可調電位器0-470K調節。點時間軸自動彈出時間軸放大?按住鼠標左鍵向右移動可放大圖象示波器，波形復制→WORD文檔粘貼。

實驗二

控制系統穩定性分析

一、實驗目的

1、通過觀察三階系統在單位階躍信號作用下的動態特性，判斷系統的穩定性，并定量了解放大倍數和時間常數對系統穩定性的影響。

2、研究二階欠阻尼系統的暫態特性。

3、研究測速反饋二階系統的暫態特性。

4、掌握MATLAB中SIMULINK 的使用方法。

二、實驗設備

1、PC機及MATLAB平臺

三、實驗內容

1、研究三階系統參數對系統穩定性的影響。連接系統, 如圖所示:

2、研究二階欠阻尼加零點系統的動態特性

連接系統，如圖所示:

說明：在命令空間中plot(t,y)可實時記錄曲線圖，背景為白色。然后拷貝到word文檔粘貼。To work 改成陣列形式。

Math operations(數學運算)：sources信號源clock時鐘step階躍sinks 接收器scope示波器gain增益sum 求和continuous連續transfer fan 分子分母形式的傳函。加時鐘t→y 表示點對點即一個時間嚴格y值，可在word文檔中粘貼的，save format→array點陣形式。

3、掌握測速反饋對二階系統動態性能的影響

連接系統, 如圖所示:

旋轉指令format可將方框圖旋轉，反饋回路接

四、實驗原理

本實驗是研究三階系統穩定性問題和二階系統的動態響應。1.三階系統的開環傳遞函數為：G(s)?K3K1K2

T1s?1T2s?1T3s?1du和放大器，方向向左←。dt研究改變放大系數和時間常數對系統穩定性的影響，最后得出放大系數和時間常數之間的關系。

Ts?12．二階系統的開環傳遞函數為：G(s)2，研究二階系統加零點對系統

s?s?1性能的影響，特別是改變時間常數T對系統性能的影響。

K3．二階系統速度反饋前，內環開環傳遞函數為：G(s)?2，速度反饋環

s?TsGf(s)?K1s，節的傳遞函數為：研究速度反饋對二階系統性能的影響，設K?

1、T?1，試確定??0、0???

1、??1時，K1的取值范圍。

五、實驗步驟

1、利用MATLAB平臺搭建一個單位反饋的三階系統，其開環傳遞函數為：G(s)?K3K1K2，固定K1、K2、K3、T1、T2、T3六個參數中的五T1s?1T2s?1T3s?1個參數，例如：K2=

2、K3=

3、T1=

2、T2=

5、T3=6，改變K1，當系統加階躍輸入時，觀察輸出波形，判斷系統的穩定性。

2、利用MATLAB平臺搭建一個單位反饋二階欠阻尼加零點的系統，系統的開環傳遞函數為：G(s)Ts?1，分別設定T?0（無零點）和T?0（有零點）時，2s?s?1觀察其單位階躍響應曲線，并計算其上升時間、超調量和調整時間。

3、利用MATLAB平臺搭建一個帶速度反饋的二階系統，內環開環傳遞函數為：G(s)?K，速度反饋環節的傳遞函數為：Gf(s)?K1s，研究T?

1、K?1，s2?Ts當改變K1數值時，觀察其單位階躍響應曲線，并計算其上升時間、超調量和調整時間。

六、實驗報告要求

1、根據題目要求，利用MATLAB畫出三階系統和二階系統加零點及二階系統帶速度反饋的系統圖，并寫出它們的閉環傳遞函數。

2、根據測得的系統單位階躍響應曲線，分析三階系統各環節開環增益K和時間常數T對系統穩定性的影響。

3、根據測得的系統單位階躍響應曲線，比較二階欠阻尼系統有零點和無零點的性能指標。

4、根據測得的系統單位階躍響應曲線，比較二階系統有速度反饋和無速度反饋的性能指標。

七、實驗思考題

1、三階系統穩定時，各環節放大倍數、時間常數的關系表達式？

2、二階系統加零點對系統的動態性能有何影響？

3、二階系統加速度反饋對系統的阻尼比有何影響？

實驗三

根軌跡法

一、實驗目的

1、通過根軌跡圖的繪制，對典型根軌跡圖進行分析及利用根軌跡法對控制系 統穩定性進行分析。

2、了解典型根軌跡圖的繪制。

3、掌握MATLAB中根軌跡圖繪制方法。

二、實驗設備

1、THBCC-1型信號與系統控制理論及計算機控制技術實驗平臺

2、PC機1臺(含上位機軟件)37針通信線1根

3、萬用表1只

4、PC機及MATLAB平臺

三、實驗內容

1、已知負反饋控制系統的開環傳遞函數為G(s)?的根軌跡圖。

2、已知單位反饋系統的開環傳遞函數為G(s)?下列兩種情形的根軌跡圖。

? 繪制負反饋控制系統的根軌跡圖。? 繪制正反饋控制系統的根軌跡圖。

四、實驗原理

1、利用改變系統的根軌跡放大倍數，研究系統閉環性能及系統閉環的穩定性。

2、繪制負反饋系統的根軌跡圖。

3、繪制正反饋系統的根軌跡圖。

4、研究改變根軌跡放大系數對系統性能指標的影響。

五、實驗步驟

1、繪制系統的根軌跡圖，程序代碼如下：

＞＞den=conv（[1，0]，conv（[1 2.73]，[1 2 2]））；分母多項式 G=tf（1，den）； rlocus（G）；畫根軌跡

K，試作系統

s(s?2.73)(s2?2s?2)K(s?2)，試畫出2s(s?4)(s?8)(s?2s?5)axis（[-4 2 –3 3]）；估計根軌跡圖的范圍設定 set（findobj（‘marker’，‘x’），‘markersize’，8）； set（findobj（‘marker’，‘x’），‘linewidth’，1.5）； 運行該程序即可得到系統的根軌跡圖。

2、繪制負反饋控制系統的根軌跡圖，程序代碼如下： ＞＞num=[1 2]；

den1=conv（[1 0]，[1 4]）； den2=conv（[1 8]，[1 2 5]）； den=conv（den1，den2）； G=tf（num，den）； rlocus（G）；

axis（[-14 6-10 10]）； title（‘單位負反饋系統根軌跡圖’）

set（findobj（‘marker’，‘x’），‘markersize’，8）；X-點標志 set（findobj（‘marker’，‘x’），‘linewidth’，1.5）；

set（findobj（‘marker’，‘o’），‘markersize’，8）；O-零點標志set（findobj（‘marker’，‘o’），‘linewidth’，1.5）； 運行該程序即可得到負反饋系統的根軌跡圖。

3、繪制正反饋控制系統的根軌跡圖，程序代碼如下： ＞＞num=-[1 2] den1=conv（[1 0]，[1 4]）； den2=conv（[1 8]，[1 2 5]）； den=conv（den1，den2）； G=tf（num，den）； rlocus（G）；

axis（[-14 6-10 10]）； title（‘單位正反饋系統根軌跡圖’）；

set（findobj（‘marker’，‘x’），‘markersize’，8）；

set（findobj（‘marker’，‘x’），‘linewidth’，1.5）； set（findobj（‘marker’，‘o’），‘markersize’，8）； set（findobj（‘marker’，‘o’），‘linewidth’，1.5）； 運行該程序即可得到正反饋系統的根軌跡圖。

六、實驗報告要求

1、根據題目要求，編寫出繪制各系統的根軌跡圖的程序，并繪制各系統的根軌跡圖。

2、研究系統臨界穩定的條件。

七、實驗思考題

1、如果根軌跡放大倍數過大，會對系統性能有那些影響？

2、在MATLAB系統圖中，如何實現負反饋和正反饋？

4、如何根據系統主導極點的要求，來確定系統的根軌跡放大倍數？

5、如何根據系統的要求，確定系統的分離點和匯合點？

實驗四 典型環節和系統頻率特性的測量

一、實驗目的

1、了解典型環節和系統的頻率特性曲線的測試方法；

2、根據實驗求得的頻率特性曲線求取傳遞函數。

二、實驗設備

1、THBCC-1型信號與系統控制理論及計算機控制技術實驗平臺

2、PC機1臺(含上位機軟件)USB通信線1根

3、萬用表1只

4、PC機及MATLAB平臺

三、實驗內容

1、慣性環節的頻率特性測試；

2、二階系統頻率特性測試；

3、頻率響應分析；

4、由實驗測得的頻率特性曲線，求取相應的傳遞函數；

5、用MATLAB軟件仿真的方法，求取慣性環節和二階系統的頻率特性。

四、實驗原理

設G(S)為一最小相位系統（環節）的傳遞函數。如在它的輸入端施加一幅值為Xm、頻率為?的正弦信號，則系統的穩態輸出為

y?Ymsin(?t??)?XmG(j?)sin(?t??)① 由式①得出系統輸出，輸入信號的幅值比 YmXmG(j?)??G(j?)② XmXm顯然，G(j?)是輸入X(t)頻率的函數，故稱其為幅頻特性。如用db（分貝）表示幅頻值的大小，則式②可改寫為

L(?)?20LgG(j?)?20lgYm ③ Xm在實驗時，只需改變輸入信號頻率?的大小（幅值不變），就能測得相應輸出信號的幅值Ym，代入上式，就可計算出該頻率下的對數幅頻值。根據實驗作出被測系統(環節)的對數幅頻曲線，就能對該系統（環節）的數學模型作出估計。

五、實驗步驟

1、繪制一階慣性環節的伯特圖 G（s）= 程序代碼如下： 4s?113 》num=1;den=[4 1]； G=tf(num,den);bode(G,‘r’);

wn22、繪制二階慣性環節的伯特圖 G（s）=22grid on;,其中Wn=0.8，s?2?w1，1.5，2 n?w?=0.1，0.5，n程序代碼如下：

》W=logspace（-2，2，200）;Wn=0.8；

for zeta=[0.1 0.5 1 1.5 2] G=tf([Wn* Wn],[Wn^2 2*zeta* Wn Wn* Wn]);bode(G,W);hold on;grid on;end

500(0.0167s?1)

1、已知某系統的開環傳函為G0（s）=

s(0.05s?1)(0.0025s?1)(0.001s?1)

試繪制系統的伯特圖，并求系統的相角穩定裕量和幅值穩定裕量。繪制對數幅頻特性圖，程序代碼如下： num=500*[0.0167 1];den1=conv([1 0],[0.05 1]);den2=conv([0.0025 1],[0.001 1]);den=conv(den1,den2);G0=tf(num,den);W=logspace(0,4,50);bode(G0,w)； grid on;確定系統的相角穩定裕量和幅值穩定裕量，程序代碼如下： 》margin(G0)[Gm，Pm,Wcg,Wcp]=margin(Go)

六、實驗報告要求

1、寫出被測環節和系統的傳遞函數，繪出它們的Bode圖。

2、用上位機實驗時，根據由實驗測得二階閉環頻率特性曲線，求出相應的參數。

七、實驗思考題

1、在實驗中如何選擇輸入正弦信號的幅值？

3、根據上位機測得的Bode圖的幅頻特性，就能確定系統（或環節）的相頻特性，試問這在什么系統時才能實現？

實驗五

串聯校正環節的設計

一、實驗目的

1．學習使用MATLAB繪制根軌跡和伯德圖。

2．熟悉使用根軌跡法和頻率特性法設計典型滯后環節。

二、實驗設備

1、THBCC-1型信號與系統控制理論及計算機控制技術實驗平臺

2、PC機1臺(含上位機軟件)37針通信線1根

3、萬用表1只

4、PC機及MATLAB平臺

三、實驗內容

1、有一單位反饋系統，其開環傳遞函數為G(s)?K，試用根

(s?0.5)(s?0.1)(s?0.2)軌跡設計一個滯后校正環節，要求對應主導極點的ζ=0.5，K=10,以滿足性能指標的要求。

2、有一單位反饋系統的開環傳遞函數為G(s)?0.08K,試用頻率特性法設計

s(s?0.5)一個滯后校正環節，使得Kv≥4,相位裕量?(?c)?500，超調量Mp≤30%。

四、實驗原理

1、利用MATLAB畫出校正前系統的根軌跡圖，求出當K??時，系統的主導極點，求出這時系統的阻尼比。根據題目要求，設計滯后校正環節參數，滿足系統性能指標的要求。

2、利用MATLAB畫出校正前系統的頻率特性，求出這時系統的性能指標，根據題目要求，設計滯后校正環節參數，并利用MATLAB畫出校正后系統的頻率特性，滿足系統性能指標的要求。

五、實驗步驟

按實驗內容講法如下：

解：1.校正前系統的根軌跡如下：

set(findobj(?marker?,?x?),?markersize?,8)c=conv([1,0.5],[1,0.1])

set(findobj(?marker?,?x?),?linewidth?,1.5)b=conv([c],[1,0.2])

存盤看跟軌跡，得如下圖： num=[1] den=[b] h=tf(num,den)rlocus(h)axis([-1.6 0.4-1 1])

由圖中可以看到：當??0.5時，根軌跡放大倍數為K*?0.0165 看根 format long g c=conv([1,0.5],[1,0.1])b=conv([c],[1,0.2])num=[1] den=[b] h=tf(num,den)%rlocus(h)%[r,k]=rlocus(num,den)[r]=rlocus(num,den,0.0165)存盤看根 r = 這時，系統的三個根分別為：

Columns 1 through 2

-0.***-0.*** +

0.***4289i

Column 3

-0.***

0.***i 0.***/0.07***311=7.8＞5

*?0.0113 所以，兩個共軛復根是主導極點，可以認為當根軌跡放大倍數為Kkp時，系統呈現二階欠阻尼特性。且阻尼比等于0.5。

2.1）原系統傳遞函數為：G0(s)?0.08K0.08K0.16K ??s(s?0.5)0.5?s(s/0.5?1)s(s/0.5?1)KV?limsG0(s)?limss?0s?00.16K?0.16K?

4所以K?25

s(s/0.5?1)42 ?s(s/0.5?1)s(s?0.5)所以原系統傳遞函數為：G0(s)?畫波特圖程序： c=conv([1,0],[2,1])num=[4] den=[c] G=tf(num,den)Bode(G,?b?)

b表示畫出的線是蘭色 grid on

畫圖以網格線出現 運行

φ（w）-滯后角

在相頻特性找-120度,f=0.29點

在幅頻高度=21.5db處幅頻折線要下移21.5db.畫出原系統對數漸進幅頻特性曲線如下： L-1 18-2 ω 0.1 0.5 1.414 原系統傳遞函數為：G0(s)?42 ?s(s/0.5?1)s(s?0.5)2?n與標準的傳遞函數比較G0(s)?得到：?n?2?1.414 2??n?0.5

s(s?2??n)??0.51??0.177由此得到相角裕度： 2?n4?22?1?4?4?2?2?arctan2?0.1771?4?0.1774?2?0.1772?arctan0.354?2000.9685??arctan顯然小于要求的相角裕度500 超調量：?%?e???/1??2?e?0.565?57%顯然大于要求的30%。

原系統不滿足要求。根據題目要求，采用滯后校正。

原系統的相角計算如下：

?(?c)??900?arctan?c0.5

相位裕量??1800??(?c)?1800?900?arctan取相位裕量??600

得到?c?0.29

?c0.5

4?20lg13.8?22.8(dB)0.2910.29所以20lg?22.8由此得到：b??0.0725

b411取?0.1?c??2?0.029

由此得到：T?476 ?0.002 1bTT校正后的系統的對數頻率漸進曲線如下： 校正后系統的傳遞函數為： 在截止頻率原系統的幅頻為20lgG(s)?4(bTs?1)4(bTs?1)4(34.5s?1)??s(s/0.5?1)(Ts?1)s(s/0.5?1)(Ts?1)s(s/0.5?1)(476s?1)G(s)bTs?134.5s?1s/0.029?1??? G0(s)Ts?1476s?1s/0.0021?1由G(s)?G0(s)Gc(s)得到Gc(s)?畫圖程序如下：

num=4*[34.5 1] c=conv([1,0],[2,1])den=conv([c],[476,1])G=tf(num,den)Bode(G,?b?)L-1 22.8 18-2-2-1 0.0021 0.029 0.1 0.29 0.5-2 1.414 ω

校驗校正后系統參數：

0.290.290.29??1800?arctan?900?arctan?arctan?54.70

0.0290.00210.5因為校正后的系統為高階系統，采用教材中220頁公式（6-8）-（6-10）如下： Mr?（6-8）

諧振峰 sin?Mr?1?1.23 0sin54.71?Mr?1.8

（6-9）??0.16?0.4(Mr?1)由公式（6-9）??0.16?0.4(1.23?1)?0.252?0.所以校正后系統滿足指標要求

六、實驗報告要求

1．對于根軌跡校正法，給出如下內容：(1)原系統的穩態速度誤差系數KP(2)校正后的系統穩態速度誤差系數?Kp(3)校正環節的傳函GC(S)2．對于頻率特性校正，給出如下內容：(1)新增益穿越頻率Wc?和a值(2)原相位裕量Pm(3)校正環節的傳函GC(S)3． SIMULINK 搭建未校正系統的模塊圖，觀察其超調量；校正好后，將校正環節串入原系統，觀察其超調量。寫出實驗體會并進行校正前后的比較。

七、寫出設計性實驗心得

實驗六

離散控制系統的設計

一、實驗目的

1、使用MATLAB判斷線性離散系統的穩定性。

2、使用MATLAB進行線性離散系統的時域分析。

二、實驗設備

1、THBCC-1型信號與系統控制理論及計算機控制技術實驗平臺

2、PC機1臺(含上位機軟件)37針通信線1根

3、萬用表1只

4、PC機及MATLAB平臺

三、實驗內容

1、給定系統傳遞函數為：

G(s)?2 s2?s試判斷下列兩種情形時系統的穩定性。（1）采樣時間T?1s時；（2）采樣時間T?2s時。

2、設系統的傳遞函數為

Gp(s)?10

(s?1)(s?2)采樣時間分別為T?0.5s,1s,1.5s,2s時，試分別繪制此系統的脈沖響應和單位階躍響應。

四、實驗原理

1、線性離散系統穩定的充要條件是：當所有的特征根的模都小于1時，系統穩定；如果模的值大于1時，系統不穩定。即?i?1（i=1,2,?,n）

2、采用單位脈沖和單位階躍作為輸入信號，研究線性離散系統的過渡過程。

五、實驗步驟

1、程序代碼如下： ＞＞num=[2]；

den=[1 1 0]； G=tf（num，den）；

G1=c2d（G，1）；

將連續系統模型轉換成離散模型 G2=c2d（G，2）；

將連續系統模型轉換成離散模型

y1=G1.den{1}+[zeros（1，length（G1.den{1}）-length（G1.num{1}））G1.num{1}]； y2=G2.den{1}+[zeros（1，length（G2.den{1}）-length（G2.num{1}））G2.num{1}]； 帶零階保持器的分子與分母的維數（階次）必須相同，上面語句表示分子與分母各項系數相加。r1=roots（y1）r2=roots（y2）

運行該程序后，即可判斷系統的穩定性。

2、（1）脈沖響應程序如下： ＞＞num=[10]；

den=conv（[1 1]，[1 2]）； G=tf（num，den）； for T=0.5：0.5：2

Gd=c2d（G，T，‘tustin?）；

Dimpulse（Gd.num，Gd.den）； hold on； impulse（G）； end 運行該程序后，可得到單位脈沖響應曲線。（2）單位階躍響應程序如下： ＞＞num=[10]； den=conv（[1 1]，[1 2]）； G=tf（num，den）； for T=0.5：0.5：2

Gd=c2d（G，T，‘tustin?）；

dstep（Gd.num，Gd.den）； hold on； step（G）； end 運行該程序后，可得到單位階躍響應曲線。

六、實驗報告要求

1、編寫判別線性離散系統穩定性、單位脈沖和單位階躍響應的程序。

2、繪制線性離散系統單位脈沖和單位階躍響應曲線。

3、分析采樣時間對線性離散系統穩定性的影響。

4、分析采樣時間對線性離散系統動態性能的影響。

5、結合實驗中遇到的問題說出自己的看法和體會。

七、實驗思考題

1、如果采樣時間過大，會在實驗中產生什么后果？

2、如何將連續系統模型轉換為離散系統模型？

3、試比較連續系統的動態響應曲線和離散系統動態響應曲線的差別？

實驗七 典型非線性環節的靜態特性

一、實驗目的

1、了解典型非線性環節輸出——輸入的靜態特性；

2、掌握典型非線性環節電路模擬的研究方法。

二、實驗設備

1、THBCC-1型信號與系統控制理論及計算機控制技術實驗平臺

2、PC機1臺(含上位機軟件)37針通信線1根

3、雙蹤慢掃描示波器1臺(可選)

4、萬用表1只

5、PC機及MATLAB平臺

三、實驗內容

1、繼電器型非線性環節靜特性的電路模擬；

2、飽和型非線性環節靜特性的電路模擬；

3、具有死區特性的非線性環節靜特性的電路模擬；

4、具有間隙特性的非線性環節靜特性的電路模擬。

四、實驗原理

控制系統中元件的非線性有很多種，最常見的有飽和特性、死區特性、繼電性特性和間隙特性，基于這些特性對系統的影響是各不相同的，因而了解它的輸出－輸入的靜態特性將有助于對非線性系統的分析。

有關上述四種典型非線性元件的靜態特性和模擬電路，請參見附錄。

五、實驗步驟

1、利用實驗設備，設計并連接繼電型非線性環節的模擬電路，完成該環節的靜態特性測試；當改變環節參數時，觀測其對靜態特性的影響。

2、用正弦信號測試繼電型非線性環節的靜態特性

1)不用上位機時，把實驗平臺上的“低頻函數信號發生器”單元的輸出端與繼電型非線性環節輸入端相連，當“低頻函數信號發生器”輸出一個正弦信號（或周期斜坡信號，其頻率一般均不超過10Hz）時，便可用示波器的X-Y顯示模式觀測該環節輸入與輸出的靜態特性曲線。2)用上位機時，可利用上位機提供的“虛擬示波器”與“信號發生器”的功能測取繼電型非線性環節的靜態特性曲線。接線時把采集卡接口單元中輸出端DA1與非線性環節的輸入端相連（同時也與采集卡接口單元中的輸入端AD2相連），非線性環節的輸出則與采集卡接口單元中的輸入端AD1相連，并接好采集卡接口單元與PC上位機的并口通信線。待接線完成并檢查無誤后，在上位機啟動“THBCC-1”軟件，其具體操作步驟如下：

① 在用戶“登錄窗口”中輸出自己的學號，并點擊“登錄”按鈕進入軟件主窗口。

② 點擊工具欄上的“實驗選擇”按鈕，選擇相應的實驗項目。

③ 點擊 “通道設置”按鈕，選擇相應的數據采集通道，然后點擊“開始采集”按鈕，進行數據采集。

④ 點擊“虛擬示波器”按鈕，選擇“X-Y”圖顯示模式，然后順序點擊“啟動”、“開始”按鈕。

⑤ 點擊 “信號發生器”按鈕，選擇“正弦波信號（或周期斜坡信號，其頻率一般為5Hz左右）”，并把幅值設為2V，然后點擊“ON”按鈕即可觀測非線性環節的靜態特性曲線。

⑥ 點擊“暫停”及“存儲”按鈕”，保存實驗波形。

1.繼電器型非線性環節

圖7-1 繼電型非線性環節模擬電路（電路單元：非線性單元和電位器組）在ui輸入端輸入一個低頻率的正弦波，正弦波的Vp-p值大于12V，頻率為10Hz。在下列幾種情況下用示波器的X-Y(虛擬示波器上的Plot XY模式，本實驗中其它部分相同)顯示方式(ui端接至示波器的第一通道，uo端接至示波器的第二通道)測量靜態特性M值的大小并記錄。

1.1 當47K可調電位器調節至約1.8K(M=1)時； 1.2 當47K可調電位器調節至約3.6K(M=2)時； 1.3 當47K可調電位器調節至約5.4K(M=3)時； 1.4 當47K可調電位器調節至約10K(M=6左右)時；

注：本實驗中所采用的正弦波最好用實驗臺上的“低頻函數信號發生器”提供。2.飽和型非線性環節

設計并連接飽和型非線性環節的模擬電路，完成該環節的靜態特性測試；當改變環節參數時，觀測其對靜態特性的影響。具體步驟請參考本實驗的實驗步驟2。

圖7-2 飽和型非線性環節模擬電路（電路單元：非線性單元和電位器組）在ui輸入端輸入一個低頻率的正弦波，正弦波的Vp-p值大于12V，頻率為10Hz。將前一級運放中的電位器值調至10K(此時k=1)，然后在下列幾種情況下用示波器的X-Y顯示方式(ui端接至示波器的第一通道，uo端接至示波器的第二通道)測量靜態特性M和k值的大小并記錄。

2.1 當后一級運放中的電位器值調至約1.8K(M=1)時； 2.2 當后一級運放中的電位器值調至約3.6K(M=2)時； 2.3 當后一級運放中的電位器值調至約5.4K(M=3)時； 2.4 當后一級運放中的電位器值調至約10K時；

注：為了更好的觀察實驗效果，“THBCC-1”軟件的時基最好設為-10～+10或自動。3.死區特性非線性環節

設計并連接具有死區特性的非線性環節（可參考本實驗附錄的圖6-3）的模擬電路，完成該環節的靜態特性測試；當改變環節參數時，觀測其對靜態特性的影響。具體步驟請參考本實驗的實驗步驟2。

圖7-3 死區特性非線性環節模擬電路（電路單元：非線性單元、反相器單元和電位器組）

在ui輸入端輸入一個低頻率的正弦波，正弦波的Vp-p值大于12V，頻率為10Hz。在 下列幾種情況下用示波器的X-Y顯示方式(ui端接至示波器的第一通道，uo端接至示波器的第二通道)測量靜態特性uio和k值的大小并記錄。

3.1調節兩個可變電位器，當兩個R1=2.0K，R2=8.0K時； 3.2調節兩個可變電位器，當兩個R1=2.5K，R2=7.5K時；

注：本實驗的±E值也可采用±5V。

4.具有間隙特性非線性環節

設計并連接具有間隙特性的非線性環節（可參考本實驗附錄的圖6-4）的模擬電路，完成該環節的靜態特性測試；當改變環節參數時，觀測其對靜態特性的影響。具體步驟請參考本實驗的實驗步驟2。

圖7-4 間隙特性非線性環節模擬電路（電路單元：非線性單元、U4、U9和電位器組）在ui輸入端輸入一個低頻率的正弦波，正弦波的Vp-p值大于12V，頻率為10Hz。在下列幾種情況下用示波器的X-Y顯示方式(ui端接至示波器的第一通道，uo端接至示波器的第二通道)測量靜態特性uio和k值的大小并記錄。

4.1調節兩個可變電位器，當兩個R1=2.0K，R2=8.0K時； 4.2調節兩個可變電位器，當兩個R1=2.5K，R2=7.5K時；

注意由于元件（二極管、電阻等）參數數值的分散性，造成電路不對稱，因而引起電容上電荷累積，影響實驗結果，故每次實驗啟動前，需對電容進行短接放電。

注：本實驗的±E值也可采用±5V。

5、點擊“實驗報告”，根據實驗時存儲的波形完成實驗報告。

六、實驗報告要求

1、畫出各典型非線性環節的模擬電路圖，并選擇好參數。

2、根據實驗，繪制相應的非線性環節的實際靜態特性，與理想的靜態特性相比較，并分析電路參數對特性曲線的影響？

七、實驗思考題

1、帶回環的繼電器特性電路中，如何確定環寬電壓？

2、模擬繼電型電路的特性與理想特性有何不同？為什么？

3、飽和特性電路中的限幅網絡改接在反饋回路，對特性有何影響？ 實驗八 PＩＤ的控制作用（設計性）

一、實驗目的

1.了解PID控制器中P，I，D三種基本控制作用對控制系統性能的影響。2.進行PID控制器參數工程整定技能訓練。

二、實驗設備

1、THBCC-1型信號與系統控制理論及計算機控制技術實驗平臺

2、PC機1臺(含上位機軟件)USB口通信線1根

4、萬用表1只

5、PC機及MATLAB平臺

三、實驗內容

1、PID控制器的數學模型為：

Gc?Kp{e?1deedt?T} d?Tidt2、控制對象的數學模型為：

11.8?9sG(s)?e

24s?

13、使用Z-N法整定PID參數。

四、實驗原理

1、利用PID控制器改善系統動態性能指標。

2、研究PID三個參數對系統性能的影響。

五、實驗步驟

1、利用MATLAB搭建系統圖（學生自己做）；

2、令Ti??、Td?0，使用Z-N法確定PID參數，并求出系統的性能指標，即上升時間tr、最大超調量?%和調節時間ts；

3、分別調整PID三個參數，觀察系統性能指標的變化。

六、實驗報告要求

1、使用MATLAB畫出系統結構圖；

2、根據實驗，繪制等幅振蕩曲線、按Z-N法整定PID參數時系統響應曲線；

3、編寫求系統動態性能指標的程序；

4、求出系統性能指標最佳時PID的三個參數。

七、實驗思考題

1、Kp過大和過小對系統動態性能有何影響？

2、Ti過大和過小對系統動態性能有何影響？

3、Td過大和過小對系統動態性能有何影響？

4、Td改進動態系統性能指標的原理。

附錄

硬件的組成及使用

一、直流穩壓電源

直流穩壓電源主要用于給實驗平臺提供電源。有±5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/1.0A五路，每路均有短路保護自恢復功能。它們的開關分別由相關的鈕子開關控制，并由相應發光二極管指示。其中+24V主用于溫度控制單元和直流電機單元。

實驗前，啟動實驗平臺左側的空氣開關和實驗臺上的電源總開關。并根據需要將±5V、±15V、+24V鈕子開關拔到“開”的位置。

實驗時，通過2號連接導線將直流電壓接到需要的位置。

二、低頻函數信號發生器及鎖零按鈕

低頻函數信號發生器由單片集成函數信號發生器專用芯片及外圍電路組合而成，主要輸出有正弦信號、三角波信號、方波信號、斜坡信號和拋物線信號。輸出頻率分為T1、T2、T3、T4四檔。其中正弦信號的頻率范圍分別為0.1Hz～3.3Hz、2.5Hz～86.4Hz、49.8Hz～1.7KHz、700Hz～10KHz三檔，Vp-p值為16V。

使用時先將信號發生器單元的鈕子開關拔到“開”的位置，并根據需要選擇合適的波形及頻率的檔位，然后調節“頻率調節”和“幅度調節”微調電位器，以得到所需要的頻率和幅值，并通過2號連接導線將其接到需要的位置。

另外本單元還有一個鎖零按鈕，用于實驗前運放單元中電容器的放電。當按下按鈕時，通用單元中的場效應管處于短路狀態，電容器放電，讓電容器兩端的初始電壓為0V；當按鈕復位時，單元中的場效應管處于開路狀態，此時可以開始實驗。

三、階躍信號發生器

階躍信號發生器主要提供實驗時的階躍給定信號，其輸出電壓范圍為-5～+5V，正負檔連續可調。使用時根據需要可選擇正輸出或負輸出，具體通過“階躍信號發生器”單元的拔動開關來實現。當按下自鎖按鈕時，單元的輸出端輸出一個可調(選擇正輸出時，調RP1電位器；選擇負輸出時，調RP2電位器)的階躍信號(當輸出電壓為1V時，即為單位階躍信號)，實驗開始；當按鈕復位時，單元的輸出端輸出電壓為0V。

注：單元的輸出電壓可通過實驗臺上的直流數字電壓表來進行測量。

四、低頻頻率計

低頻頻率計是由單片機89C2051和六位共陰極LED數碼管設計而成的，具有輸入阻抗大和靈敏度高的優點。其測頻范圍為：0.1Hz～10.0KHz。

低頻頻率計主要用來測量函數信號發生器或外來周期信號的頻率。使用時先將低頻頻率計的電源鈕子開關拔到“開”的位置，然后根據需要將測量鈕子開關拔到“外測”(此時通過“輸入”或“地”輸入端輸入外來周期信號)或“內測”(此時測量低頻函數信號發生器輸出信號的頻率)。

另外本單元還有一個復位按鈕，以對低頻頻率計進行復位操作。

注：將“內測/外測”開關置于“外測”時，而輸入接口沒接被測信號時，頻率計有時會顯示一定數據的頻率，這是由于頻率計的輸入阻抗大，靈敏度高，從而感應到一定數值的頻率。此現象并不影響內外測頻。

五、交/直流數字電壓表

交/直流數字電壓表有三個量程，分別為200mV、2V、20V。當自鎖開關不按下時，它作直流電壓表使用，這時可用于測量直流電壓；當自鎖開關按下時，作交流毫伏表使用，它具有頻帶寬（10Hz～400kHz）、精度高（±5?）和真有效值測量的特點，即使測量窄脈沖信號，也能測得其精確的有效值，其適用的波峰因數范圍可達到10。

六、通用單元電路

通用單元電路具體見實驗平臺所示“通用單元電路**”單元、“帶調零端的運放單元”“反相器單元”和“無源元件單元”。這些單元主要由運放、電容、電阻、電位器和一些自由布線區等組成。通過接線和短路帽的選擇，可以模擬各種受控對象的數學模型，主要用于比例、積分、微分、慣性等電路環節的構造。一般為反向端輸入，其中電阻多為常用阻值51k、100k、200k、510k；電容多在反饋端，容值為0.1uF、1uF、10uF，其中通用單元電路二、三、九反向輸入端有0.1uF電容，通用單元電路八反向輸入端有4.7uF電容，可作帶微分的環節。

以通用單元為例，現在搭建一個積分環節，比例常數為1s。我們可以選擇常用元件100k、10uF，T=1k×10uF=1s，其中通用單元電路二是滿足要求的，把對應100k和10uF的插針使用短路帽連接起來，鎖零按鈕按下去先對電容放電，然后用二號導線把正單位階躍信號輸入到積分單元的輸入端，積分電路的輸出端接入反向器單元，保證輸入、輸出方向的一致性。觀察輸出曲線，其具體電路如下圖所示。

七、非線性單元

由兩個含有非線性元件的電路組成，一個含有雙向穩壓管，另一個含有兩個單向二極管并且需要外加正負15伏直流電源，可研究非線性環節的靜態特性和非線性系統。其中10k、47k電位器由電位器組單元提供。例如47k電位器，既可由一號導線連接也可由二號導線連接電位器單元組中的可調電位器兩個端點。

CR0R0uiR-++-++uo以連接死區非線性環節為例，輸入端與正電源端、輸入端與負電源端分別為兩個10k可調電位器的固定端，分別用導線連接；正電源所連電位器的可調端與D1相連，另一個可調端與D2相連。然后使用低頻函數信號發生器輸出10Hz16v的正弦波，用導線連接到非線性環節的輸入端。實驗前斷開電位器與電路的連線，用萬用表測量R的阻值，然后再接入電路中。

八、零階保持器

零階保持器為實驗主面板上U3單元。它采用“采樣-保持器”組件LF398，具有將連續信號離散后的零階保持器輸出信號的功能，其采樣頻率由外接的方波信號頻率決定。使用時只要接入外部的方波信號及輸入信號即可。

九、數據采集接口單元

數據采集卡采用THBXD，它可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計算機內，其采樣頻率為350K；有16路單端A/D模擬量輸入，轉換精度均為14位；4路D/A模擬量輸出，轉換精度均為12位；16路開關量輸入，16路開關量輸出。接口單元則放于實驗平臺內，用于實驗平臺與PC上位機的連接與通訊。

數據采集卡接口部分包含模擬量輸入輸出(AI/AO)與開關量輸入輸出(DI/DO)兩部分。其中列出AI有4路，AO有2路，DI/DO各8路。

使用虛擬示波器觀察一個模擬信號，可以用導線直接連接到接口中 AD端；若使用采集卡中的信號源，用DA輸出（即實驗中我們通常將信號輸入到AD1端，軟件內部信號DA1輸出）。

十、實物實驗單元

包括溫度控制單元、直流電機單元和步進電機單元，主要用于計算機控制技術實驗中，使用方法詳見實驗指導書。

第四篇：自控設計工程師崗位職責

1.負責產品電氣系統設計或部件的技術設計和工作圖設計，完成全套產品圖紙和技術文件,正確處理產品電氣系統或部件在生產和使用中發生的問題，并提出改進措施，防止問題發生。

2.及時準確地提供合理、可行的自控系統設計，包括：產品的自控工藝、主要設備選型、成本核算、布線圖繪制。

3.協調與自控供應商的關系，檢查供應商的產品質量，自控相關合同談判。

4.解決生產部提出的與自控系統安裝有關的技術問題，參與出廠調試。

5.運用專業技能和知識來完成設備在用戶現場的安裝調試，故障診斷與排除以及用戶培訓。完成計劃內和臨時性的現場服務。

6.能根據用戶及公司的需要經常獨立出差對設備進行預驗收，試運行以及相關服務。

第五篇：實驗感想

阻抗測量實驗感受

幾周前，華老師帶領著我們利用網絡分析儀做阻抗測量的實驗。通過這次實驗，讓我們不僅在理性上，同時也更直觀的感受到了一個在低頻下呈現出容性的電容在高頻下呈現出了感性，這不僅僅是簡單的隔直通交，還涉及到在多高的頻率下會呈現出不同于原先特性的電性。

在測量之前，首先要對網絡分析儀進行單端口反射校正，步驟如下：

1、在反射測量通道時，選擇反射端口，連接好阻抗匹配的開路器后，按下開路器軟鍵，對應的軟鍵按鈕變為深色。

2、更換校正為阻抗匹配的短路器，并按短路器軟鍵，對應的軟鍵按鈕變為深色。

3、最后更換正為阻抗匹配的標準負載，并按下負載軟鍵，對應的軟鍵按鈕變為深色。

4、最后按軟鍵完成單端口反射誤差校準并返回上一級菜單。

在以往做實驗的過程中，雖然各個實驗課程的老師強調過實驗之前需對測量儀器等進行校準，但實際操作中同學往往忽略了這步，但在此次實驗中，校準尤為重要和關鍵。

完成校準后，便可以開始對阻抗進行測量，在測量的過程中，為了保證數據的精準，需對阻抗進行多次測量，以減少測量誤差。經測量，發現電感所呈現出的感性隨著頻率的升高而逐漸變大，但當頻率到達500MHz左右時，電感呈現出了容性，并且隨著頻率的繼續升高，所呈現出的容性也越來越大，電容則與之相反。由此可見頻率在電路的分析中尤其重要，而后又對帶通濾波器的特性做了測量，就不一一敘述。

通過這次實驗讓我明白了正確的測量方法對減小測量數據的誤差以及提高測試的效率是很必要的。作為工科的一名學生，從大一開始就接觸實驗，而電子測量這門課程到大三下才開設，所以我覺得很有必要將這門課程提前預置，這樣的話，對于學生的后續實驗有比較好的改進，而且這門課程所需的先修知識并不多，不像電波傳播、雷達原理等專業選修課程需要有先修課程如電磁場、數字信號處理等，無法提前預置。

同時我覺得可以適當再增加一些基礎性的實驗，不僅僅是阻抗的測量，還可以是一些基礎的元器件如二極管三極管，或者是一些基礎的比較簡單的模塊電路，對于增長學生的基礎知識是有比較大的幫助。