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自动控制原理实验

自动控制原理实验
自动控制原理实验

自动控制原理实验讲义

适用专业:测控技术与仪器仪表

主讲教师:徐攀峰

辽宁大学教务处制

二零一五年九月

实验一 LabView与Multisim基础

一、实验目的

1、熟悉LabView与Multisim的开发环境和编程方法。

2、掌握基于LabView的传递函数的建立显示与仿真方法。

3、掌握基于Multisim电路设计与仿真方法。

二、实验用品及设备

安装有LabVIEW 2011及控制仿真包与DAQ助手的计算机

三、实验内容

(一)虚拟仪器概述

虚拟仪器(virtual instrumention)是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式,一种是将计算机装入仪器,其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小,这类仪器功能也越来越强大,目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托,实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。

图1.1 虚拟仪器设计方案

虚拟仪器的主要特点有:

●尽可能采用了通用的硬件,各种仪器的差异主要是软件。

●可充分发挥计算机的能力,有强大的数据处理功能,可以创造

出功能更强的仪器。

●用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。

虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内,使用较为广泛的计算机语言是美国NI 公司的LabVIEW。

(二)Labview基础

LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是一种图形化的编程语言,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 集成了与满足GPIB、VXI、RS-232 和RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX 等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器,其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。

图形化的程序语言,又称为“G”语言。使用这种语言编程时,基本上不写程序代码,取而代之的是流程图或流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念,因此,LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力,提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途

径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时,可以大大提高工作效率。

利用LabVIEW,可产生独立运行的可执行文件,它是一个真正的32位编译器。在开始菜单里找见NI Labview2011 点击打开,会出现如下界面:

图1.1 Labview2011启动界面

从文件>>新建VI 或者从左半部分中的新建>> VI 都可以打开如下界面:图中前图是虚拟仪器的前面板,是用户使用的人机界面,后面的是程序框图界面(即后面板)。

1.2 Labview2011前面板与后面板

所有的LabVIEW 应用程序,即虚拟仪器(VI),它包括前面板(front panel)、流程图(block diagram)以及图标/连结器(icon/connector)三部分。

前面板

前面板是图形用户界面,也就是VI 的虚拟仪器面板,这一界面上有用户输入和显示输出两类对象,具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制(control)和显示对象(indicator)。图1 所示是一个随机信号发生和显示的简单VI 是它的前面板,上面有一个显示对象,以曲线的方式显示了所产生的一系列随机数。还有一个控制对象——开关,可以启动和停止工作。显然,并非简单地画两个控件就可以运行,在前面板后还有一个与之配套的流程图。

控制对象

显示对象

图1.3 随机信号发生器的前面板

流程图

流程图提供VI 的图形化源程序。在流程图中对VI 编程,以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前面板上的控件的连线端子,还有一些前面板上没有,但编程必须有的东西,例如函数、结构和连线等。图1.3是与图1.4对应的流程图。我们可以看到流程图中包括了前面板上的开关和随机数显示器的连线端子,还有一个随机数发生器的函数及程序的循环结构。随机数发生器通过连线将产生的随机信号送到显示控件,为了使它持续工作下去,设置了一个While Loop 循环,由开关控制这一循环的结束。

图1.4 随机信号发生器的程序框图

如果将VI 与标准仪器相比较,那么前面板上的东西就是仪器面板上的东西,而流程图上的东西相当于仪器箱内的东西。在许多情况下,使用VI 可以仿真标准仪器,不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板,而且其功能也与标准仪器相差无几。

循环结构

与前面板对应

的连线端子

与前面板对应

的连线端子 随机数

在LabVIEW的用户界面上,应特别注意它提供的操作模板,包括控制(Controls)模板和函数(Functions)模板。这些模板集中反映了该软件的功能与特征。下面我们来大致浏览一下。

控制模板(Control Palette)

注意:只有打开前面板时才能调用该模板

该模板用来给前面板设置各种所需的输出显示对象和输入控制对象。每个图标代表一类子模板。如果控制模板不显示,可以用Windows 菜单的Show Controls Palette 功能打开它,也可以在前面板的空白处,点击鼠标右键,以弹出控制模板。控制模板如左图所示,它包括如下所示的一些子模板。子模板中包括的对象,实现各种功能。

图1.5 控制模板与功能模板

功能模板(Functions Palette)

注:只有打开了流程图程序窗口,才能出现功能模板。

功能模板是创建流程图程序的工具。该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板。若功能模板不出现,则可以用Windows 菜单下的Show Functions Palette 功能打开它,也可以在流程图程序窗口的

空白处点击鼠标右键以弹出功能模板。

(三)LabVIEW与自动控制系统数值仿真

1、LabVIEW控制设计工具包

系统的数值仿真是依赖LabVIEW控制设计工具包完成的。必须加载控制工具包,所以在上使用LabVIEW的时候必须正确安装LabVIEW

控制设计工具包。在正确安装了LabVIEW控制设计工具包后,函数选板中会出现相应的“控制设计与仿真(Control Design&Simulation)”子选板,如图1.6所示,其中包含了控制设计与仿真所有的VI库,控制设计与仿真工具包中所包含的VI库相当丰富,涵盖了控制系统数学模型的建立、转换,各种时域和频域分析方法,以及经典和现代控制理论中所涉及的其他许多分析和设计方法,使得该工具包完全可以成为控制设计和仿真领域内一个独特和强大的工具平台。

图1.6 控制设计工具包的VI库

2、传递函数模型的产生

控制系统的传递函数模型输入分子分母多项式系数来确定,而系统将输入转化为传递函数是由创建传递函数模型进行的,使用传递函数模型,重要的端子为分子和分母,将所输入的分子分母多项式系数

分别存入数组中,通过数组传递给传递函数模型,也就是连接Numberator和Denominator两个端口,通过对分子和分母的输入,达到得到输入传递函数的目的。如图1.7所示

图1.7 传递函数输入与产生程序

3、数组

数组是由同一类型数据元素组成的大小可变的集合。同其他语言一样,Labview也提供了数组结构,数组是相同数据类型的集合,这些数据类型可以是数组型,布尔型,字符串型等。当需要频繁地对一批数据进行绘图时,使用数组将获益匪浅。

(1)数组的建立:从前面板上创建数

组:打开前面板,在控件→新式→数组,

矩阵与簇→数组,如图1.7:

(2)再在里面放置一个数值输入控件

即可,如图1.7:

(3)如果要显示更多的数组成员,在

工具选项板上选择定位工具,在数组的边

框停滞,当出现网状拐角后就可以拖动增

加或减少显示区域。如图

4、传递函数方程的显示

要进行传递函数的绘制及显示,应将所建立的传递函数模型的端

口与绘制传递函数方程端口相连接,通过得出传递函数模型空间将传递函数转换成图片格式,再连接显示控件,将传递函数在前面板显示出来。如图1.9所示

图1.9 传递函数显示程序

5、传递函数阶跃响应数值仿真

要进行传递函数的阶跃响应的数值仿真,应将所建立的传递函数模型的端口与控制设计阶跃响应端口相连,并将阶跃响应输出端口与X-Y图控件连接,控制系统阶跃响应的数值仿真结果。

图1.10传递函数阶跃响应数值仿真程序(三)Multisim基础

Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。

启动Multisim12以后,出现如图1.11界面

Multisim的常用元件库如下:

Multisim的仪器仪表栏如下:

图1.13 Multisim的仪器仪表栏

(四)LM324的使用

LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。它采用14脚双列

直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电

源共用外,四组运放相互独立。其管脚接线图如图1.14所示

图1.14 LM324管脚图

四、实验步骤

(一)LabVIEW基础练习

1、请制作一温度计显示系统,要求温度计显示随机产生的0—100℃的温度。并由一数值显示框实时显示温度(显示值保留小数点后两位数字)。

2、请制作锅炉控制演示系统。该系统要求,锅炉的容量V不超过为1000,水温T将保持在70—80℃之间,并与锅炉容量呈一定线性相

关。

3、请建立一个二阶系统数值仿真程序,该程序可以通过在前面板中输入传递函数的多项式系数,获得传递函数,并显示其阶跃响应的数值仿真结果。

4、请设计一个输出比例为2为比例环节的电路,并利用Multisim 进行仿真。

自动控制原理实验

自动控制原理实验 实验报告 实验三闭环电压控制系统研究 学号姓名 时间2014年10月21日 评定成绩审阅教师

实验三闭环电压控制系统研究 一、实验目的: (1)通过实例展示,认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。 (2)会正确实现闭环负反馈。 (3)通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、预习与回答: (1)在实际控制系统调试时,如何正确实现负反馈闭环? 答:负反馈闭环,不是单纯的加减问题,它是通过增量法实现的,具体如下: 1.系统开环; 2.输入一个增或减的变化量; 3.相应的,反馈变化量会有增减; 4.若增大,也增大,则需用减法器; 5.若增大,减小,则需用加法器,即。 (2)你认为表格中加1KΩ载后,开环的电压值与闭环的电压值,哪个更接近2V? 答:闭环更接近。因为在开环系统下出现扰动时,系统前部分不会产生变化。故而系统不具有调节能力,对扰动的反应很大,也就会与2V相去甚远。 但在闭环系统下出现扰动时,由于有反馈的存在,扰动产生的影响会被反馈到输入端,系统就从输入部分产生了调整,经过调整后的电压值会与2V相差更小些。 因此,闭环的电压值更接近2V。 (3)学自动控制原理课程,在控制系统设计中主要设计哪一部份? 答:应当是系统的整体框架及误差调节部分。对于一个系统,功能部分是“被控对象”部分,这部分可由对应专业设计,反馈部分大多是传感器,因此可由传感器的专业设计,而自控原理关注的是系统整体的稳定性,因此,控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。 二、实验原理: (1)利用各种实际物理装置(如电子装置、机械装置、化工装置等)在数学上的“相似性”,将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时,不必研究每一种实际装置,而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性,人对数学而言,不能直接感受它的自然物理属性,这给我们分析和设计带来了困难。所以,我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样,就可以“秀才不出门,遍知天下事”。实际上,在后面的课程里,不同专业的学生将面对不同的实际物理对象,而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三,我们就是用下列“模拟实物”——电路系统,替代各种实际物理对象。

《自动控制原理》

《自动控制原理》 实验报告 姓名: 学号: 专业: 班级: 时段: 成绩: 工学院自动化系

实验一 典型环节的 MATLAB仿真 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.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性,加深对各典型环节响应曲线的理解。 3.定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理 1.比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G200 , 100 2 ) ( 2 1 1 2 1 2= = - = - = - = 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-3所示。 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1 ) ( 1 = s G和2 ) ( 1 = s G; ②惯性环节 1 1 ) ( 1+ = s s G和 1 5.0 1 ) ( 2+ = s s G ③积分环节 s s G1 ) ( 1 = ④微分环节s s G= ) ( 1 ⑤比例+微分环节(PD)2 ) ( 1 + =s s G和1 ) ( 2 + =s s G ⑥比例+积分环节(PI) s s G1 1 ) ( 1 + =和s s G21 1 ) ( 2 + = 四、实验结果及分析 图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK图形

① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节

自动控制原理实验报告

实验报告 课程名称:自动控制原理 实验项目:典型环节的时域相应 实验地点:自动控制实验室 实验日期:2017 年 3 月22 日 指导教师:乔学工 实验一典型环节的时域特性 一、实验目的 1.熟悉并掌握TDN-ACC+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相应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异,分析原因。 3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验设备 PC 机一台,TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。 三、实验原理及内容 下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应,实验前应熟悉了解。 1.比例环节 (P) (1)方框图 (2)传递函数: K S Ui S Uo =) () ( (3)阶跃响应:) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = (4)模拟电路图: (5) 理想与实际阶跃响应对照曲线: ① 取R0 = 200K ;R1 = 100K 。 ② 取R0 = 200K ;R1 = 200K 。

2.积分环节 (I) (1)方框图 (2)传递函数: TS S Ui S Uo 1 )()(= (3)阶跃响应: ) 0(1)(≥= t t T t Uo 其中 C R T 0= (4)模拟电路图 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照: ① 取R0 = 200K ;C = 1uF 。 ② 取R0 = 200K ;C = 2uF 。

1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 理想阶跃响应曲线 0.4s 1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 实测阶跃响应曲线 0.4s 10V 无穷 3.比例积分环节 (PI) (1)方框图: (2)传递函数: (3)阶跃响应: (4)模拟电路图: (5)理想与实际阶跃响应曲线对照: ①取 R0 = R1 = 200K;C = 1uF。 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 ②取 R0=R1=200K;C=2uF。 K 1 + U i(S)+ U o(S) + Uo 10V U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t Uo 无穷 U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t

自动控制原理实验报告

自动控制原理 实验报告 姓名学号 时间地点实验楼B 院系专业 实验一系统的数学模 实验二控制系统的时域分析 实验三控制系统的频域分析

实验一系统的数学模 一、实验目的和任务 1、学会使用MATLAB的命令; 2、掌握MATLAB有关传递函数求取及其零、极点计算的函数。 3、掌握用MATLAB 求取系统的数学模型 二、实验仪器、设备及材料 1、计算机 2、MATLAB软件 三、实验原理 1、MATLAB软件的使用 2、使用MATLAB软件在计算机上求取系统的传递函数 四、实验内容 1、特征多项式的建立与特征根的求取 在命令窗口依次运行下面命令,并记录各命令运行后结果 >>p=[1,3,0,4]; p = 1 3 0 4 >>r=roots(p) r = -3.3553 + 0.0000i 0.1777 + 1.0773i 0.1777 - 1.0773i >>p=poly(r) p = 1.0000 3.0000 -0.0000 4.0000 2、求单位反馈系统的传递函数: 在命令窗口依次运行下面命令,并记录各命令运行后结果 >>numg=[1];deng=[500,0,0]; >>numc=[1,1];denc=[1,2]; >>[num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc); >>[num,den]=cloop(num1,den1,-1) num = 0 0 1 1

den = 500 1000 1 1 >>printsys(num,den) num/den = s + 1 --------------------------- 500 s^3 + 1000 s^2 + s + 1 3、传递函数零、极点的求取 在命令窗口依次运行下面命令,并记录各命令运行后结果>>num1=[6,0,1];den1=[1,3,3,1]; >>z=roots(num1) ; >>p=roots(den1) ; >>n1=[1,1];n2=[1,2];d1=[1,2*i];d2=[1,-2*i];d3=[1,3]; >>num2=conv(n1,n2) num2 = 1 3 2 >>den2=conv(d1,conv(d2,d3)) den2 = 1 3 4 12 >>printsys(num2,den2) s^2 + 3 s + 2 ---------------------- s^3 + 3 s^2 + 4 s + 12 >>num=conv(num1,den2);den=conv(den1,num2); >>printsys(num,den) 6 s^5 + 18 s^4 + 25 s^3 + 75 s^2 + 4 s + 12 ------------------------------------------- s^5 + 6 s^4 + 14 s^3 + 16 s^2 + 9 s + 2 >>pzmap(num,den),title(‘极点-零点图’)

自动控制原理实验报告

北京联合大学 信息学院 自动控制原理基础实验 实验报告 课程名称:自动控制原理基础实验 学院:信息学院专业:电子信息工程 姓名: 班级:200908030301 学号:2009080303101 指导教师:成绩: 2011年12 月02 日

目录 目录...................................................................................................................................................................... - 1 - 实验1:根轨迹的绘制及系统分析. (1) 1、实验目的 (1) 2、主要实验设备及仪器 (1) 3、实验容、实验结果及分析 (1) 实验1附录(实验用Matlab源程序代码) (5) 实验2:系统频率特性曲线的绘制及系统分析 (7) 1、实验目的 (7) 2、实验任务 (7) 3、实验容、实验结果及分析 (7) 实验2附录(实验用Matlab源程序代码) (10)

实验1:根轨迹的绘制及系统分析 1、实验目的 1.熟练掌握使用MATLAB 软件绘制根轨迹图形的方法; 2.进一步加深对根轨迹图的了解; 3.利用所绘制根轨迹图形分析系统性能。 2、主要实验设备及仪器 实验设备:每人一台计算机奔腾系列以上计算机,配置硬盘≥2G ,存≥64M 。 实验软件:WINDOWS 操作系统(WINDOWS XP 或WINDOWS 2000),并安装MATLAB 语言编程环境。 3、实验容、实验结果及分析 本实验中各系统均为负反馈控制系统,系统的开环传递函数形式为: 1 1 () ()()() m i i n j j K s z G s H s s p ==-= -∏∏ (一)已知系统开环传递函数分别为如下形式: (1)()()(1)(2)K G s H s s s =++ (2)(3) ()()(1)(2)K s G s H s s s +=++ (3)(3) ()()(1)(2)K s G s H s s s -=++ (4)()()(1)(2)(3) K G s H s s s s = +++

北航自动控制原理实验报告(完整版)

自动控制原理实验报告 一、实验名称:一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线,测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型,观测并记录不同阻尼比的响应曲线,并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数: 由电路图可得,取则K=1,T分别取:0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 (1)当T=0.25时,误差==6.12%; (2)当T=0.5时,误差==1.32%; (3)当T=1时,误差==3.58% 误差分析:由于T决定响应参数,而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差,另外,导线的连接上也存在一些误差以及干扰,使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内,响应曲线也反映了预期要求,所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出,一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线,特征有T确定,T越小,过度过程进行得越快,系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3

系统传递函数: 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注:T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出,否则误差较大。 误差计算及分析 1)当ξ=0.25时,超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2)当ξ=0.5时,超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4)当ξ=1时,超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析:由于本试验中,用的参量比较多,有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差,误差再累加,导致最终结果出现了比较大的误差,另外,此实验用的导线要多一点,干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面,这些误差并不影响,这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点,通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系,不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出,当ωn一定时,超调量随着ξ的增加而减小,直到ξ达到某个值时没有了超调;而调节时间随ξ的增大,先减小,直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知,当ξ=0.707时,调节时间最短,而此时的超调量也小于5%,此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧,体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程,达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3

自动控制原理实验1-6

实验一MATLAB 仿真基础 一、实验目的: (1)熟悉MATLAB 实验环境,掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。 (2)掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 (3)掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。 (4)学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。 二、实验设备和仪器 1.计算机;2. MATLAB 软件 三、实验原理 函数tf ( ) 来建立控制系统的传递函数模型,用函数printsys ( ) 来输出控制系统的函数,用函数命令zpk ( ) 来建立系统的零极点增益模型,其函数调用格式为:sys = zpk ( z, p, k )零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后,其等效传递函数可用feedback ( ) 函数求得。 则feedback ()函数调用格式为: sys = feedback (sys1, sys2, sign ) 其中sign 是反馈极性,sign 缺省时,默认为负反馈,sign =-1;正反馈时,sign =1;单位反馈时,sys2=1,且不能省略。 四、实验内容: 1.已知系统传递函数,建立传递函数模型 2.已知系统传递函数,建立零极点增益模型 3.将多项式模型转化为零极点模型 1 2s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(332 2++++++= s s s s s s s s G 12s 2s s 3s (s)23++++= G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G

自动控制原理实验书(DOC)

目录 实验装置介绍 (1) 实验一一、二阶系统阶跃响应 (2) 实验二控制系统稳定性分析 (5) 实验三系统频率特性分析 (7) 实验四线性系统串联校正 (9) 实验五 MATLAB及仿真实验 (12)

实验装置介绍 自动控制原理实验是自动控制理论课程的一部分,它的任务是:一方面,通过实验使学生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;另一方面,帮助学生学习和提高系统模拟电路的构成和测试技术。 TAP-2型自动控制原理实验系统的基本结构 TAP-2型控制理论模拟实验装置是一个控制理论的计算机辅助实验系统。如上图所示,TAP-2型控制理论模拟实验由计算机、A/D/A 接口板、模拟实验台和打印机组成。计算机负责实验的控制、实验数据的采集、分析、显示、储存和恢复功能,还可以根据不同的实验产生各种输出信号;模拟实验台是被控对象,台上共有运算放大器12个,与台上的其他电阻电容等元器件配合,可组成各种具有不同系统特性的实验对象,台上还有正弦、三角、方波等信号源作为备用信号发生器用;A/D/A 板安装在模拟实验台下面的实验箱底板上,它起着模拟与数字信号之间的转换作用,是计算机与实验台之间必不可少的桥梁;打印机可根据需要进行连接,对实验数据、图形作硬拷贝。 实验台由12个运算放大器和一些电阻、电容元件组成,可完成自动控制原理的典型环节阶跃响应、二阶系统阶跃响应、控制系统稳定性分析、系统频率特性测量、连续系统串联校正、数字PID 、状态反馈与状态观测器等相应实验。 显示器 计算机 打印机 模拟实验台 AD/DA 卡

实验一一、二阶系统阶跃响应 一、实验目的 1.学习构成一、二阶系统的模拟电路,了解电路参数对系统特性的影响;研究二阶系统的两个重要参数:阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn对动态性能的影响。 2.学习一、二阶系统阶跃响应的测量方法,并学会由阶跃响应曲线计算一、二阶系统的传递函数。 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 模拟实验的基本原理: 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟一、二阶系统,即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟一、二阶系统,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。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。 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响。 四、实验内容 构成下述系统的模拟电路,并测量其阶跃响应: 1.一阶系统的模拟电路如图

自动控制原理课程总结1

HEFEI UNIVERSITY 自动控制原理课程总结 系别电子信息与电气工程系 专业自动化 班级 09自动化(1)班 姓名 完成时间 2011.12.29

自动控制原理课程总结 前言 自动控制技术已广泛应用于制造、农业、交通、航空及航天等众多产业部门,极大地提高了社会劳动生产率,改善了人们的劳动环境,丰富了人民的生活水平。在今天的社会中,自动化装置无所不在,为人类文明进步做出了重要贡献。本学期我们开了自动控制原理这门专业课,下面主要介绍下我对这门课前五章的认识和总结。 一、控制系统的数学模型 1.传递函数的定义: 在线性定常系统中,当初是条件为零时,系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。 (1)零极点表达式: (2)时间常数表达式: 2.信号流图

(1)信号流图的组成 节点:用来表示变量或信号的点,用符号“○”表示。 支路:连接两节点的定向线段,用符号“→”表示。(2)信号流图与结构图的关系 3.梅逊公式

其中:Δ=1-La+LbLc-LdLeLf+...成为特征试。 Pi:从输入端到输出端第k条前向通路的总传递函数 Δi:在Δ中,将与第i条前向通路相接触的回路所在项除去后所余下的部分,称为余子式。 La:所有单回路的“回路传递函数”之和 LbLc:两两不接触回路,其“回路传递函数”乘积之和 LdLeL:所有三个互不接触回路,其“回路传递函数”乘积之和“回路传递函数”指反馈回路的前向通路和反馈通路的传递函数只积并且包含表示反馈极性的正负号。 二、线性系统的时域分 1.ζ、ωn坐标轴上表示如下: (1)闭环主导 极点:

当一个极点距离虚轴较近,且周围没有其他闭环极点和零点,并且该极点的实部的绝对值应比其他极点的实部绝对值小5倍以上。(2)对于任何线性定常连续控制系统由如下的关系: ①系统的输入信号导数的响应等于系统对该输入信号响应的导数; ②系统对输入信号积分的响应等于系统对该输入信号响应的积分,积分常数由初始条件确定。 2.劳斯判据: 设系统特征方程为 : 劳斯判据指出:系统稳定的充要条件是劳斯表中第一列系数都大于零,否则系统不稳定,而且第一列系数符号改变的次数就是系统特征方程中正实部根的个数。 劳斯判据特殊情况的处理 ⑴某行第一列元素为零而该行元素不全为零时——用一个很小的正数ε代替第一列的零元素参与计算,表格计算完成后再令ε→0。 ⑵某行元素全部为零时—利用上一行元素构成辅助方程,对辅助方程求导得到新的方程,用新方程的系数代替该行的零元素继续计算。 3.稳态误差 (1)定义: (2)各种误差系数的定义公式

自动控制原理课程实验

上海电力学院实验报告 自动控制原理实验课程 题目:2.1.1(2.1.6课外)、2.1.4(2.1.5课内)班级:gagagagg 姓名:lalalal 学号:hahahahah 时间:zzzzzzzzzzz

实验内容一: 一、问题描述: 已知系统结构图,(1)用matlab编程计算系统的闭环传递函数;(2)用matlab转换函数表示系统状态空间模型;(3)计算其特征根。 二、理论方法分析 (1)根据系统结构图的串并联关系以及反馈关系,分别利用tf ()函数series()函数,parallel函数以及feedback函数构建系统传递函数;(2)已求出系统传递函数G,对于线性定常系统利用函数ss(G)课得到系统的状态空间模型。(3)利用线性定常系统模型数据还原函数[num,den]=tfdata(G,‘v’)可得到系统传递函数的分子多项式num与分母多项式den,利用roots(den)函数可得到系统的特征根。 三、实验设计与实现 新建M文件,编程程序如下文所示: G1=tf([0.2],[1,1,1]); G2=tf([0.3],[1,1]); G3=tf([0.14],[2,1]); G4=series(G2,G3);%G2与G3串联 G5=0.7*feedback(G4,-1,1); G6=0.4*feedback(G1,G5,1); G7=feedback(G6,0.6)

ss(G7)%将系统传递函数转化为状态空间模型 [num den]=tfdata(G7,'v');%还原系统传递函数分子、分母系数矩阵 roots(den)%求系统传递函数特征根 点击Run运行 四、实验结果与分析 M文件如下: 运行结果如下:

自动控制原理实验1-6

实验一 MATLAB 仿真基础 、实验目的: (1) 熟悉MATLAB 实验环境,掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。 (2) 掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 (3) 掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。 (4) 学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。 二、实验设备和仪器 1 ?计算机;2. MATLAB 软件 三、实验原理 函数tf ()来建立控制系统的传递函数模型,用函数printsys ()来输出控制系 统的函数,用函数命令zpk ()来建立系统的零极点增益模型,其函数调用格式 为:sys = zpk ( z, p, k 零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后,其等效传递函数可用 feedback ()函数求得。 则 feedback ()函数调用格式为: sys = feedback (sysl, sys2, sigh 其中sign 是反馈极性,sign 缺省时,默认为负反馈,sign = -1;正反馈时, sig n = 1;单位反馈时,sys2= 1,且不能省略。 四、实验内容: 1. 已知系统传递函数,建立传递函数模型 2 2 5(s 2) (s 6s 7) 3 3 s(s 1) (s 2s 1) 2. 已知系统传递函数,建立零极点增益模型 s 3 飞 2~ s 2s 2s 1 3 ?将多项式模型转化为零极点模型 5(s 2)2(s 2 6s 7) G(s) s 3 s 3 2s 2 2s 1 G(s) G(s)

自动控制原理Matlab实验3(系统根轨迹分析)

《自动控制原理》课程实验报告 实验名称系统根轨迹分析 专业班级 *********** ********* 学 号 姓名** 指导教师李离 学院名称电气信息学院 2012 年 12 月 15 日

一、实验目的 1、掌握利用MATLAB 精确绘制闭环系统根轨迹的方法; 2、了解系统参数或零极点位置变化对系统根轨迹的影响; 二、实验设备 1、硬件:个人计算机 2、软件:MATLAB 仿真软件(版本6.5或以上) 三、实验内容和步骤 1.根轨迹的绘制 利用Matlab 绘制跟轨迹的步骤如下: 1) 将系统特征方程改成为如下形式:1 + KG ( s ) = 1 + K ) () (s q s p =0, 其中,K 为我们所关心的参数。 2) 调用函数 r locus 生成根轨迹。 关于函数 rlocus 的说明见图 3.1。 不使用左边的选项也能画出根轨迹,使用左边的选项时,能 返回分别以矩阵和向量形式表征的特征根的值及与之对应的增益值。 图3.1 函数rlocus 的调用 例如,图 3.2 所示系统特征根的根轨迹及其绘制程序见图 3.3。

图3.2 闭环系统一 图3.3 闭环系统一的根轨迹及其绘制程序

图 3.4 函数 rlocfind 的使用方法 注意:在这里,构成系统 s ys 时,K 不包括在其中,且要使分子和分母中 s 最高次幂项的系数为1。 当系统开环传达函数为零、极点形式时,可调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys = zpk([zero],[pole],1); 当系统开环传达函数无零点时,[zero]写成空集[]。 对于图 3.2 所示系统, G(s)H(s)= )2()1(++s s s K *11+s =) 3)(2() 1(+++s s s s K . 可如下式调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys=zpk([-1],[0 -2 -3],1) 若想得到根轨迹上某个特征根及其对应的 K 的值,一种方法是在调用了函数 rlocus 并得到了根 轨迹后调用函数 rlocfind 。然后,将鼠标移至根轨迹图上会出现一个可移动的大十字。将该十字的 中心移至根轨迹上某点,再点击鼠标左键,就可在命令窗口看到该点对应的根值和 K 值了。另外一种 较为方便的做法是在调用了函数 rlocus 并得到了根轨迹后直接将鼠标移至根轨迹图中根轨迹上某

自动控制原理课程设计实验

上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名:自动控制原理应用实践 题目:水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级: 姓名: 学号:

水翼船渡轮的纵倾角控制 一.系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架,装上水翼。当船的速度逐渐增加,水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行,Foilborne),从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此,设计上要求系统使浮力稳定不变,相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机(舵角)、船舶本身(航向角)在内的两个反馈回路:舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。,会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号,这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出,船只的转动速率会逐渐趋向一个常数,因此如果船只以直线运动,而尾舵偏转一恒定值,那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二.实际控制过程 某水翼船渡轮,自重670t,航速45节(海里/小时),可载900名乘客,可混装轿车、大客车和货卡,载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力,全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此,设计上要求该系统使浮力稳定不变,相当于使纵倾角最小。

上图:水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知,水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型,执行器模型为F(s)=1/s。 三.控制设计要求 试设计一个控制器Gc(s),使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D (s)存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D(s)的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”,没有具体的量化指标,通过网络资料的查阅:响应超调量小于10%,调整时间小于4s。 四.分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析:上图闭环极点分布图,有一极点位于原点,另两极点位于虚轴左边,故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况,所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统(不考虑扰动)。

自动控制原理实验报告

自动控制原理 实验报告 实验一典型系统的时域响应和稳定性分析 (2) 一、实验目的 (3) 二、实验原理及内容 (3) 三、实验现象分析 (5) 方法一:matlab程序 (5) 方法二:multism仿真 (12)

方法三:simulink仿真 (17) 实验二线性系统的根轨迹分析 (21) 一、确定图3系统的根轨迹的全部特征点和特征线,并绘出根轨迹 (21) 二、根据根轨迹图分析系统的闭环稳定性 (22) 三、如何通过改造根轨迹来改善系统的品质? (25) 实验三线性系统的频率响应分析 (33) 一、绘制图1. 图3系统的奈氏图和伯德图 (33) 二、分别根据奈氏图和伯德图分析系统的稳定性 (37) 三、在图4中,任取一可使系统稳定的R值,通过实验法得到对应的伯德图,并据此导 出系统的传递函数 (38) 实验四、磁盘驱动器的读取控制 (41) 一、实验原理 (41) 二、实验内容及步骤 (41) (一)系统的阶跃响应 (41) (二) 系统动态响应、稳态误差以及扰动能力讨论 (45) 1、动态响应 (46) 2、稳态误差和扰动能力 (48) (三)引入速度传感器 (51) 1. 未加速度传感器时系统性能分析 (51) 2、加入速度传感器后的系统性能分析 (59) 五、实验总结 (64) 实验一典型系统的时域响应和稳定性分 析

一、 实验目的 1.研究二阶系统的特征参量(ξ、ωn )对过渡过程的影响。 2.研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。 3.熟悉Routh 判据,用Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。 二、 实验原理及内容 1.典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图:见图1 图1 (2) 对应的模拟电路图 图2 (3) 理论分析 导出系统开环传递函数,开环增益0 1 T K K = 。 (4) 实验内容 先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R 的理论值,再将理论值应用于模拟电路中,观察二阶系统的动态性能及稳定性,应与理论分析基本吻合。在此实验中(图2), s 1T 0=, s T 2.01=,R 200 K 1= R 200 K =?

自动控制原理实验报告73809

-150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数: 当Kp 分别为0.5,1,2时,输入幅值为1.84的正向阶跃信号,理论上依次输出幅值为0.92,1.84,3.68的反向阶跃信号。实验中,输出信号依次为幅值为0.94,1.88,3.70的反向阶跃信号, 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为: (1)T=0.1(0.033)时,C=1μf (0.33μf ),利用MATLAB ,模拟阶跃信号输入下的输出信号如图: T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知,实际与理论值较为吻合,理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍,实际上为8/2.6=3.08,在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20

惯性环节传递函数为: K = R f /R 1,T = R f C, (1) 保持K = R f /R 1 = 1不变,观测T = 0.1秒,0.01秒(既R 1 = 100K,C = 1μf , 0.1μf )时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下: T=0.1时 t s (5%)理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为:(400-300)/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1,实验值2.12/2.28, 相对误差为(2.28-2.12)/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s (5%)理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为:(40-30)/30=33.3% 由于ts 较小,所以读数时误差较大。 K 理论值为1,实验值2.12/2.28, 相对误差为(2.28-2.12)/2.28=7%与理论值较为接近 (2) 保持T = R f C = 0.1s 不变,分别观测K = 1,2时的输出波形。 K=1时波形即为(1)中T0.1时波形 K=2时,利用matlab 仿真得到如下结果: t s (5%)理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为:(400-300)/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2,实验值4.30/2.28, 1 TS K )s (R )s (C +-=

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(全面)

自动控制原理实验 实验一 典型环节的电模拟及其阶跃响应分析 一、实验目的 ⑴ 熟悉典型环节的电模拟方法。 ⑵ 掌握参数变化对动态性能的影响。 二、实验设备 ⑴ CAE2000系统(主要使用模拟机,模/数转换,微机,打印机等)。 ⑵ 数字万用表。 三、实验内容 1.比例环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()(t Kr t c -= 传递函数 = )(s G ) () (s R s C K -= 负号表示比例器的反相作用。模拟机排题图如图9-1所示,分别求取K=1,K=2时的阶跃响应曲线,并打印曲线。 图9-1 比例环节排题图 图9-2 积分环节排题图 2.积分环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )() (t r dt t dc T = 传递函数 s K Ts s G ==1)( 模拟机排题图如图9-2所示,分别求取K=1,K=0.5时的阶跃响应曲线,并打印曲线。 3.一阶惯性环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()() (t Kr t c dt t dc T =+ 传递函数 1 )(+=TS K S G 模拟机排题图如图3所示,分别求取K=1, T=1; K=1, T=2; K=2, T=2 时的阶跃

响应曲线,并打印曲线。 4.二阶系统的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()() (2)(2 22 t r t c dt t dc T dt t c d T =++ξ 传递函数 121 )(22++=Ts s T s G ξ2 2 2 2n n n s s ωξωω++= 画出二阶环节模拟机排题图,并分别求取打印: ⑴ T=1,ξ=0.1、0.5、1时的阶跃响应曲线。 ⑵ T=2,ξ=0.5 时的阶跃响应曲线。 四、实验步骤 ⑴ 接通电源,用万用表将输入阶跃信号调整为2V 。 ⑵ 调整相应系数器;按排题图接线,不用的放大器切勿断开反馈回路(接线时,阶跃开关处于关断状态);将输出信号接至数/模转换通道。 ⑶ 检查接线无误后,开启微机、打印机电源;进入CAE2000软件,组态A/D ,运行实时仿真;开启阶跃输入信号开关,显示、打印曲线。 五.实验预习 ⑴ 一、二阶系统的瞬态响应分析;模拟机的原理及使用方法(见本章附录)。 ⑵ 写出预习报告;画出二阶系统的模拟机排题图;在理论上估计各响应曲线。 六.实验报告 ⑴ 将每个环节的实验曲线分别整理在一个坐标系上,曲线起点在坐标原点上。分析各参数变化对其阶跃响应的影响,与估计的理论曲线进行比较,不符请分析原因。 ⑵ 由二阶环节的实验曲线求得σ﹪、t s 、t p ,与理论值进行比较,并分析σ﹪、t s 、t p 等和T 、ξ的关系。 实验二 随动系统的开环控制、闭环控制及稳定性 一.实验目的 了解开环控制系统、闭环控制系统的实际结构及工作状态;控制系统稳定的概念以及系统开环比例系数与系统稳定性的关系。 二.实验要求 能按实验内容正确连接实验线路,正确使用实验所用测试仪器,在教师指导下独立

《自动控制原理》实验课程教学大纲

《自动控制原理》实验课程教学大纲 课程代码: TELE2004 课程学分:3 课程名称(中/英):自动控制原理 Principles of Automatic Control 课程学时: 54 实验学时:9 适用专业:信息、电子及通信 实验室名称:开放实验室 一、课程简介: 本课程主要学习自动控制系统分析与设计的基本原理与基本方法,包括系统数学 模型的建立,控制系统的分析的时域分析法、根轨迹法以及频域分析法,控制系统设 计的根轨迹法及频率响应法。通过课程的学习,同学们能理解并掌握系统传递函数的 概念,各项动态性能指标的定义与求法,稳定性的概念与判别,稳态误差及稳态误差 系数的求解。 本课程的教学目标是让用学们能够掌握反馈控制系统的经典理论与方法,并能运 用这些知识建立系统的数据模型,分析系统的动态性能指标,确定系统的稳定性与控 制精度,并可以进行小型控制系统的设计与改进。 本课程包含47学时的课程教学,讲授系统建模、时域分析、根轨迹、频率响应 与系统设计等内容。 本课程还包含一个9学时的实验项目,同学们将自行设计并实现一个小型控制系统,该实验将完全按照工程项目的执行方式进行的。 二、实验项目及学时分配 序号 项目名称 实验类型 学时分配 每组人数 必修/选修 设计性 9 1 必修 1 小型控制系统(角位 移、位移、温度可选) 设计与实现 三、实验内容及教学要求 实验项目1:小型控制系统(角位移、位移、温度可选)设计与实现

1.教学内容 与传统意义下的课程实验不同,这是一个项目型实验,意味着你必须执行一个小型的项目。有若干个项目题目可供选择,该项目需要在上课学期内完成。项目在学期中间发布,你必须在学期未进入考试周之前完成全部工作。 This is a project oriented lab, which means that you are required to carry out a small-scale project rather than a conventional lab. You will be supplied with several candidate projects to choose one as your objective project to carry out in the same semester when the course is given. You will have the project issued in the mid-semester and are required to complete it before entering examination weeks of the semester. 与普通的实验不同,项目的执行通常需要经历若干阶段,也会需要更长的实现周期。通过这个实验,你可明白并经历完整的项目执行过程,尽管从可操作性出发,实验中采用的会是一些比较小型化的项目。这样的经历无疑会对同学们参加项目的能力培养有所助益。 Not like conventional lab, project usually will run for several stages or phases and, maybe, will last for a longer period. You will move from one phase to the other until getting everything done properly. You can then experience and understand the complete project executing procedures, nevertheless how small scaled is the one in which you are involved, which is certainly helpful in preparing you some kind of project taking capabilities. 有三个可供选择的课题,它们是: There are three topics available. They are: 1)直流电机控制的角位移控制系统Angle position control system with dc motor 设计一个角度控制系统,它能接受所期望的角度的输入指令,产生一个与输出要求完全一致的输出角度。 Design an angle system, which can accept desired angle input command and generates an angle output following exactly the input one. 2)车辆运动控制系统Vehicle motion control system 一辆玩具车或是实验室自制的模型车将作为被控制对象。该系统必须能准确地行进任意指定的距离。 A toy vehicle or lab made vehicle is the plant to be controlled. The system must be able to move a given distance accurately. 3)温度控制系统Temperature control system 这是个水温控制系统。它用控制并操持一个小型容器中的水的温度到任意指定的数值。

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