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自控原理实验指导书0710

自控原理实验指导书0710
自控原理实验指导书0710

自动控制原理实验指导书

自动化实验室

河北工程大学教务处

(2007.10 )

目录

实验的基本要求 (1)

关于实验箱的说明和注意事项 (2)

软件使用说明 (4)

实验一典型环节及其阶跃响应 (1)

实验二二阶系统阶跃响应 (3)

实验三控制系统的稳定性分析 (5)

实验四系统频率特性测量 (7)

实验五连续系统串联校正 (9)

实验六状态反馈与状态观测器 (12)

实验七采样定理验证 (14)

实验的基本要求

1、实验前必须做好准备,预习实验指导书,复习有关原理,并写好预习报告

(即实验报告的“实验目的”、“实验线路及简要原理”、“实验数据及现象记录”三项)

2、实验中发生事故,应立即切断电源,保持现场,并向指导教师报告事故情

况。

3、实验完毕应先将实验数据与现象记录交指导教师审阅签字后,方可拆线,

并整理设备清理现场才可离开。

4、及时完成实验报告,在预习报告的基础上再加上“数据分析与现象讨论”(包

括心得体会)

实验技能的培养和实验手段的掌握是理工学生的基本训练,通过实验锻炼养成严谨的科学态度和结合实际学习分析问题的方法。

关于实验箱的说明和注意事项

自动控制理论实验所使用的设备由计算机、串行数据通道接口板、实验平台及运放电路板组成。其中计算机在实验中起控制信号产生、输出、测量、人机界面、显示实验波形、打印图形图像的作用。实验平台配以运放电路板接插阻容元件,可以用来模拟多种特性的被控对象。串行数据通道接口板插于实验平台上,它起模拟信号与数字信号的转换作用,可以用计算机控制产生不同的信号(阶跃、三角、正弦等)。CCT3S 系统连接方法见下图。

随机配备的SAC-ACT 软件包设计了自控理论的十个实验,所有的自动控制理论实验都是在这套装置上进行的。

一、关于串行数据通道接口卡

接口板上扩充了计算机内不具备的一些典型芯片的接口电路,主要包括1组A/D 转换接口ADC0809、2组D/A 转换接口DAC0832,串行接口芯片MAX232,接口时钟74LS163,译码器74LS138等。安装时,将实验平台断电后,将接口卡固定于实验平台上。D/A 转换信号DA0和DA1由接口板上的两个插孔引出,其余信号如A/D 转换信号IN0~IN3由实验平台的信号引出孔引出。串行数据通道接口卡上有两个短路子J1、J2,如果做自控实验,则插上两个短路子J1、J2,如果做86实验,则拔掉两个短路子J1、J2。

D/A 操作(DAC0832):在自控理论实验中DA0和DA1通常与模拟系统输入端相连接,其输出信号作为模拟系统的信号源。D/A 输出时,进行I/0口写操作即可。D/A 输出的电压范围为0~5V (86实验)或-2.5v~2.5v (自控实验),对应数据为00H~FFH 。

A/D 操作(ADC0809):启动某一A/D 通道只需对相应口地址进行写操作即可,启动后,查询EOC 状态或延时等待。A/D 转换结束后,计算机即可通过串行口读取单片机寄存器数据得到转换数据。

二、关于自动控制实验平台

CCT3S 实验平台由以下各个单元电路构成: 1. 电源

实验平台内置开关电源。开关电源提供 +5V/2.5A 、+12V/1A 、-5V/0.3A 、-12V/0.3A 。当220V 的50Hz 交流电接通后,实验平台上电源和传感器等检测电路中 +5V 、-5V 、+12V 、-12V 的引线插孔处均带电,供实验与开发使用。串行数据通道接口卡的电源是通过实验平台上POWER 附近的跨线引入的。 2. 十六位二进制输入装置

实验平台上有16只自锁式按钮开关K0—K15,配有与之相应的16个发光二极管指示灯和16个引线插孔。开关按下时,相应发光二极管亮,插孔输出高电平;开关抬起时,相应插孔输出为低电平,指示灯灭。 3. 十六位二进制指示器

信号 引出区 运放电路板

实验平台上有16只发光二极管及相应驱动电路,与之对应的D0—D15共16条引线插孔为正逻辑信号输入端,该输入端为高电平时,发光二极管亮。

4.交流信号源

实验平台上提供一个频率和幅度可调的正弦波交流信号源,FSA为频率调整旋钮,DGA 为幅度调整旋钮。

频率调节范围:1KHz —10KHz ;幅度调节范围:0 —5V (有效值)

5.模拟功率驱动器

实验平台上有一个NPN型和一个PNP型的典型晶体管放大电路,Vs+和Vs-为正、负地电源电压的引线插孔,可进行信号放大,功率放大和信号跟随。

出厂时,NPN管为9013,PNP为9012。

6.运算模拟单元电路

实验平台上有10个检测、放大、运算电路。芯片采用LM324。工作电源已接±12V,当R1、R2、R3、R4电阻的引线插孔插入不同电阻或电容时,可进行单、双端检测信号的放大和处理及运算。

7.阻容器件部分

此单元包括所有实验中所用不同阻值的电阻、电容、稳压管。

8.电位计部分

实验平台上提供了1K、10K、500K、1M共4个电位器。

9.集成电路插座

实验平台上提供了一个DIP14插座和一个DIP16插座

三、安全使用注意事项

为有效、安全地使用实验箱,请遵守以下规定。

1.您在将实验箱盖打开后,请用箱体两边的支撑脚将箱盖撑住,避免在进行试验过程中

箱盖突然下落将您的手砸伤或损坏仪器设备。

2.禁止将平台上开关电源输出长时间短接。

3.禁止将交流源(~15v)短接,这样将会烧毁实验箱内的交流变压器,并引起火灾。

4.禁止将-5V、-12V连接到指示灯引线插孔输入端。

5.实验中尽量用短线连接,尤其两极放大器、功放电路更要注意。

6.在将导线从引线插孔中拔出时,应捏住导线根部,左右旋转松动后再拔出。

7.在进行炉温控制实验时,应避免炉温超过70℃长时间运等,政治路线则将降低炉体

使用寿命;而且还要小心以免将手烫伤。

8.电机调速实验中应避免直流电机长时间高速旋转。

9.实验中大部分实验设备如数据通道接口板、数据通讯线、实验平台、直流电机扩展板、

温控炉扩展板等设备都是精密装置,实验中务必注意正确使用和妥加爱护。

软件使用说明

SAC—ACT软件包是为自动控制原理实验开发的,共包含了十一个实验窗口,提供了良好的人机界面,在实验过程中操作者可通过选择菜单命令而完成一系列的功能,下面详细介绍其使用方法:

1.运行“自动控制原理”,即弹出对话窗口。

2.单击“系统设置”选择串口及打印机。

3.单击“实验选择”,弹出一实验题目清单,单击要做的实验题目,弹出此实验对话框。

4.参数设置:在命令菜单中,选择“参数设置”命令,则进入参数显示窗口。

(1)采样周期设置:选中周期项,在参数显示窗口中,“周期”的参数显示处将改变颜色,

此时可输入采样周期,按ENTER键确认输入完成,单位为ms。

(2)设定电压设置:选中“电压”项,在参数显示窗口中,“电压”的参数显示处将改变

颜色,此时可输入设定电压,按ENTER键确认输入完成,输入范围为0~2.5v。(3)采样点数设置:选中点数项,在参数显示窗口中,“点数”的参数显示处将改变颜色,

此时可输入采样点数,按ENTER键确认输入完成。

(4)曲线放大倍数设置:在“曲线放大”的下拉框内的数字为原曲线放大倍数。如:选

择“1”则与原曲线的比例是1:1的关系。(顺便提一下,再“打印图象”时,应是在曲线放大设置为“1”时打印。)

此外,某些实验中还有一些与实验相关的参数,设置方法相同。

5、运行观测

在命令菜单中选择“运行观测”命令,计算机给出控制信号,并对系统输出进行采样,在波形显示窗口显示系统输出的波形,按ESC键则中止运行。

6、打印图象

在命令菜单中选择“打印图象”命令,则将波形显示窗口的图象输出到打印机上。7、帮助

在命令菜单中选择“帮助主题”命令,屏幕将显示出本实验的接线图,实验者可按图接线,若实验有多个接线图,可接Page和Page down键翻页。

8、退出实验

选择“退出实验”命令或直接单击关闭窗口,即可退出该实验,返回到主界面菜单,若要退回到WINDOWS系统,再单击“退出实验”或“关闭窗口”。

9、“运行观测”曲线说明:

运行过程中,“红色”曲线代表从D/A口输出给模拟电路的信号状态,其它颜色曲线代表从模拟电路输入到A/D的信号状态。

实验一 典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1、 学习构成典型环节的模拟电路。

2、 熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。

3、 了解参数变化对典型环节动态特性的影响,并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传

递函数。

二、实验内容

各典型环节的模拟电路及结构图如下:

图1-1-1 比例环节电路图 图1-2-1 惯性环节电路图

图1-1-2 比例环节结构图

2--2 惯性环节结构

图1-3-1 积分环节电路图 图1-4-1 微分环节电路图

图1-3-2 积分环节结构图

图1-4-2 微分环节结构图

比例环节的结构图中: K = R2 / R1

惯性环节的结构图中: K = R2 / R1 , T = R2×C 积分环节的结构图中: T = R1×C 微分环节的结构图中: T = R2×C

比例微分环节的结构图中: K = R3 / R2 , T = (R1 + R2) C

三、实验步聚

1、 将输入端ui 与数据通道接口板上的DAO 连接、输出端uo 与实验平台信号引出区的

INO 孔连接。(若无特别声明,其它实验中涉及运放电路板及ui 及uo 均按此连线,不再赘述)。

2、 启动计算机,运行“系统设置”菜单,选择串口。(若无特别声明,其它实验中均同

此,不再赘述。如不选择,则设为默认值,选择COM1通讯端口)

3、 打开“自动控制原理实验系统”,打开“实验选择”菜单,选择“典型环节及其阶跃

响应”实验。

4、 选择“参数设置”命令,设置采样周期,采样点数和设定电压。

5、 选择“运行观测”命令,观察阶跃响应曲线,改变模拟电路参数后,再重新观察阶跃

响应曲线的变化。

6、 为了更好的观察曲线,再“参数设置”命令中,设置“曲线放大”倍数,“运行观测”。

7、 记录波形及数据(保存结果、打印图象)。

8、 连接其它模拟电路,重复步骤3、4、5、6

注:打印图像只有在曲线放大为“1”时打印(其它实验相同)

四、实验报告

1、 画出惯性环节、积分环节、比例微分环节的电路图和所记录的响应曲线。

2、 由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数,并与值比较。

图1-5-1 比例微分环节电路图

图1-5-2 比例微分环节结构图

实验二二阶系统阶跃响应

一、实验目的

1、研究二阶系统的阻尼比ξ和无阻尼自然频率ω对系统动态性能的影响。

2、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。

二、实验内容

1、二阶系统模拟电路图示于图2-1

2、二阶系统结构图见图2—2

3、二阶系统闭环传递函数为:

其中T=RC,β=R2/R1

典型二阶系统的闭环传递函数为:

比较以上两式,可得:

由上式可知,改变比值R2/R1,可以改变二阶系统的阻尼比ζ。今取R1=100K,R2=0~500K (R2由电位器调节),可得实验所需的阻尼比。电阻R取100K,电容C分别取1μf和0.1μf,可得两个无阻尼自然频率ωn。

2

2

2

/1

)

/

(

/1

)

(

)

(

)

(

T

S

T

S

T

S

Ui

S

Uo

s

G

+

+

=

=

β

2

2

2

2

)

(

n

n

n

S

S

S

G

ω

ξω

ω

+

+

=

RC

T

n

1

1

=

=

ω

1

2

2

R

R

=

ξ

三、实验步聚

1、将图2-1所示模拟电路接好,输入端和输出端分别接DAO和INO。

2、启动计算机,运行“自动控制原理系统”,打开“实验选择”菜单,选择“二阶系统

阶跃响应”。

3、选择“参数设置”命令,设置采样周期,采样点数和设定电压。

4、取ωn = 10 rad/s,即令R=100K,C=1μf;分别取ζ= 0.2

5、0.5、0.7、1.0、2.0,即取

R1=100K,R2分别等于0K、50K、100K、140K、200K、400K。选择“运行观测”

命令,分别测量系统阶跃响应,并记录最大超调量σp% 和调节时间ts的数值。

5、为了更好的观察曲线,再“参数设置”命令中,设置“曲线放大”倍数,“运行观测”。

6、取ζ=0.5,即R1=R2=100K;ωn=100 rad/s,即取R=100K,C=0.1μf 。注意:两电

容同时改变,测量系统阶跃响应,并记录最大超调量σp% 和调节时间ts。

7、取R=100K,C=1μf,R1=100K,R2=50K,测量系统阶跃响应,记录响应曲线,特别

要记录调节时间ts和最大超调量σp%的数值。

8、记录波形及数据。(保存结果、打印图象)

注:采样点数超过400时,则计算机将自动计算σp% 和ts的值,并将结果显示在屏幕上。

三、实验报告

1、画出二阶系数的模拟电路图,并求参数ζ、ωn的表达式。

2、把不同ζ和ωn条件下测量的σp% 和ts值列表,根据测量结果得出相应结论。

3、根据实验步聚画出系统响应曲线,再由ts和σp% 计算出传递函数,并与由模拟电

路计算的传递函数相比较。

实验三 控制系统的稳定性分析

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。

二、实验电路图

1、系统模拟电路图和系统结构图见下面图3—1和图3—2。

其开环传递函数和闭环传递函数分别为:

式中 K 1=R3/R2 , R2=100 K , R3=0~500K ;

T=RC , R=100K , C=1μF 或C=0.1μF 两种情况。

三、实验步聚

1、 连接运放电路板的电源线(±12V ,GND ),并将图形所示模拟电路连好,输入端和输

出端分别接DA0、IN0。

2、 启动计算机,运行“自动控制原理实验系统”,打开“实验选择”菜单,选择“控制

系统的稳定性分析”。

图3--2

1

10)1)(11.0(1

10)(K TS S S K S +++=Φ)1)(11.0(10)(1++=TS S S K S G

3、选择“参数设置”命令,设置采样周期、采样点数和设定电压。

4、输入信号电压设置为1V,C=1μf,改变电位器值,使R3从0→500K渐次变化,此

时相应放大倍数K=0→100 。观察输出波形,找出系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值。再把电位器电阻值由大至小变化,即R3=500K→0,找出系统输出产生等幅振荡时相应的R3及K值。

5、使系统工作在不稳定状态,即工作在等幅振荡情况,电容C由1μ变成0. 1μ,观察

系统稳定性的变化。

6、记录波形及数据。(保存结果、打印图象)

四、实验报告

1、画出模拟电路图。

2、画出系统增幅或减幅振荡的波形图。

3、计算系统的临界放大系数,并与实验中测得的临界放大系数相比较。

实验四 系统频率特性测量

一、实验目的

1、加深了解系统频率特性的物理概念。

2、掌握系统频率特性的测量方法。

二、实验内容

1、模拟电路图及其结构图分别示图4—1和图4—2。

2、系统传递函数

取R=200k Ω,则K1=2, 得系统传递函数为:

若输入信号ui(t)=Ui sin ωt ,则在稳态时,其输出信号为uo(t)=Uo sin(ωt+Φ)。改变输入信号角频率ω值,便可测得二组Uo/Ui 和Φ随ω变化的数值,这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。

三、实验步聚

1、 连接运放电路板的电源线(±12V ,GND ),并将图4—1所示模拟电路接好,输入端

和输出端分别接DAO 和INO 。

2、 启动计算机,运行“自动控制原理实验系统”,打开“实验选择”菜单,选择“系统

频率特性测量”。

3、 选择“参数设置”命令,设置角频率。

4、 选择“运行观测”命令,测试输出信号,并在波形显示窗口显示输出波形及其幅值和相位差。

5、 分别取ω=1,3,5,7,10,15,20,30,40,50,重复第4步。

图4--1

200

10200)

()()(2

++=

=S S S Ui S Uo S G

实验中ω的值可在0.1~80之间任意选择。调节同步值参数,以使输出波形达到最佳。

6、“运行观测”一组任选的ω值之后,即可选择“波特图”命令,将实验中所测试的各

频率点的频率响应在波特图上描绘出来。“运行观测”的频率点越多,画出的“波特图”越连贯。

注:输入正弦波幅度为0~1.25 V。

四、实验报告

1、画出被测系统的模拟电路图,计算其传递函数,根据传递函数绘制波特图。

2、与实测得到的波特图对比,分析测量误差。

实验五 连续系统串联校正

一、实验目的

1、研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

2、熟悉和掌握系统过渡过程的测量方法。

二、系统模拟电路图及传递函数

1、串联超前校正:

系统模拟电路图示于图5—1,图中开关K 断开对应未校正情况,接通对应超前校正情况。系统结构图示于图5—2。

图中 开关K 断开时:Gc(S)= Gc1(S)=2

开关K 闭合时:1

105.0)1055.0(21

CS R CS R 2CS R CS 2R Gc2(S)Gc(S)2121++=

++++=

=S S

2、串联滞后校正。

模拟电路图示于图5—3,开关K 断开对应未校正状态,接通对应滞后校正情况。系统结构图示于图5—4。 图中 K 断开时:Gc(S) = Gc1(S) = 5

K 闭合时:1

6)1(51)

CS R CS (R R )1CS (R R Gc2(S)Gc(S)21112++=+++=

=S S

图5--1

图5--2

图5--3

图5--4

图5--6

3、串联滞后——超前校正:

模拟电路示于图5—5,双刀开关断开对应未校正状态,接通对应应滞后—超前校正。系统结构图示于图5—6。

图中 开关K 断开时:Gc(S) = Gc1(S) =5

开关K 闭合时:

Gc(S) = Gc2(S) = 1

)()R (R 1)2(

)2R (R 231222112

213132211

2232211122R 2

213132211

32++++++++++++++++=

S C R C R C R C R S C C R R R R S C R C R C R C R C S C C R R R R R R R R

)

1122.0)(1328.5()10925.0)(18375.1(5++++=S S S S

四、实验步聚

1、 启动计算机,运行“自动控制原理实验系统”,打开“实验选择”菜单,选择“连续

系统串联校正”。

2、 将超前校正的模拟电路连接好,并关K 放在断开位置。

3、 选择“参数设置”命令,设置标定电压、采样周期和采样点数。

4、 选择“运行观测”命令,观察曲线,并记录超调量 σp % 和调节时间ts 。

5、 接通开关K ,重复步骤4。比较开关K 接通和断开的响应曲线有何差别。

6、 滞后校正和滞后—超前校正的步骤与此类似,只需将模拟电路连接好即可。

五、实验报告

1、 画出所做实验的模拟电路图,系统结构图。

2、 给出校正前后的 σp% 和ts 。

3、 分析串联超前校正、滞后校正、串联滞后—超前校正对系统性能的影响。

实验六状态反馈与状态观测器

一、实验目的

1、研究现代控制理论中用状态反馈配置极点的方法。

2、研究状态观测器的设计方法。

二、实验内容

1、被控对象模拟电路图示于图6—1。结构图示于图6—2。

图6--2

图6--3

2、 系统数学模型

(1)被控对象传递函数为: Gp(S) = Y(S)/U(S) = 100/ ( S 2

+ 3.9285 S + 103.57 ) (2)被控对象状态方程。

式中:

3、 带有状态观测器的状态反馈系统方框图示于图6—3。

图中

K — 1×2维状态反馈系统矩阵,由计算机算出。 L — 2×1维观测器的反馈矩阵,由计算机算出。

Kr —为使Y(t) 跟踪R(t) 乘的比例系数,它由计算机自动地递推算出。 4、 希望的系统极点(参考值):S 1,2 = -7.35±j7.5

它对应在Z 平面上应为: Z 1,2 = 0.712±j0.22 5、 观测器极点参考值:

Z 1,2 = 0. 1±j0

三、实验步骤

1、 将模拟电路在运放电路板上连接好。

2、 启动计算机,运行“自动控制原理实验系统”,打开“实验选择”菜单,选择“状态反馈与状态观测器”。

3、 选择“参数设置”命令,设置标定电压和采样周期。

4、 选择“矩阵设置”命令,输入系统矩阵(A ,B ,C )的值。

5、 选择“极点设置”命令,输入系统的希望极点和观测器极点。

6、 选择“阶跃响应”命令,计算机给出阶跃信号,对系统的输出进行采样并显示输出波

形。

7、 选择“状态跟踪”命令,计算机将状态观测器加入系统,对系统的输出进行采样并显

示波形。

四、实验报告

1、 画出被控对象模拟电路图。

2、 计算G(S)、A 、B 、C 。

3、 计算离散化模拟参数G ,H ,并与计算机计算结果比较。

4、 计算希望的系统单位阶跃响应指标中的超调量 σp% 和调节时间 Ts 并与实际控制

结果比较。

??

?=+=CX

Y BU AX X ?

?

????=10B ?

?

??

??

--=9285.357

.1031

0A []

0100=C AT

e

G =?

*Φ=

T

B

dt t H 0

)(AT

e

t =Φ)(

实验七 采样定理验证

一、实验目的

1、了解采样过程和信号恢复过程。

2、了解采样器和零阶保存器的电路结构。

3、验证采样定理。

二、实验内容

1、 正弦信号发生电路见图7左边。

此电路将计算机输出的交流50Hz 的阶梯信号变为连续的交流50Hz 信号。 2、 采样恢复电路见图7右边

设置不同采样周期,对50Hz 信号源的进行采样,并将采样值在零阶保持器电路上恢复。

三、实验步骤

1、将图7 所示模拟电路接好。

2、启动计算机,运行“自动控制原理实验系统”,打开“实验选择”菜单,选择“采样定理验让”。

4、设置不同的采样周期。

5、选择“采样恢复”命令,观测不同采样周期的信号恢复情况。

四、实验报告

1、在同一坐标图上,画出X (t ),Xh(t)的波形图。

2、讨论本实验是否符合香农采样定理。

50Hz 信号源电路 图7 采样恢复实验接线图 零阶保持器电路

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。

自动控制原理实验报告

《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 G 200,1002)(211 212==-=-=- = 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11)(1+= s s G 和1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(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 G 11)(1+=和s s G 211)(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

数据结构实验指导书(2016.03.11)

《数据结构》实验指导书 郑州轻工业学院 2016.02.20

目录 前言 (3) 实验01 顺序表的基本操作 (7) 实验02 单链表的基本操作 (19) 实验03 栈的基本操作 (32) 实验04 队列的基本操作 (35) 实验05 二叉树的基本操作 (38) 实验06 哈夫曼编码 (40) 实验07 图的两种存储和遍历 (42) 实验08 最小生成树、拓扑排序和最短路径 (46) 实验09 二叉排序树的基本操作 (48) 实验10 哈希表的生成 (50) 实验11 常用的内部排序算法 (52) 附:实验报告模板 .......... 错误!未定义书签。

前言 《数据结构》是计算机相关专业的一门核心基础课程,是编译原理、操作系统、数据库系统及其它系统程序和大型应用程序开发的重要基础,也是很多高校考研专业课之一。它主要介绍线性结构、树型结构、图状结构三种逻辑结构的特点和在计算机内的存储方法,并在此基础上介绍一些典型算法及其时、空效率分析。这门课程的主要任务是研究数据的逻辑关系以及这种逻辑关系在计算机中的表示、存储和运算,培养学生能够设计有效表达和简化算法的数据结构,从而提高其程序设计能力。通过学习,要求学生能够掌握各种数据结构的特点、存储表示和典型算法的设计思想及程序实现,能够根据实际问题选取合适的数据表达和存储方案,设计出简洁、高效、实用的算法,为后续课程的学习及软件开发打下良好的基础。另外本课程的学习过程也是进行复杂程序设计的训练过程,通过算法设计和上机实践的训练,能够培养学生的数据抽象能力和程序设计能力。学习这门课程,习题和实验是两个关键环节。学生理解算法,上机实验是最佳的途径之一。因此,实验环节的好坏是学生能否学好《数据结构》的关键。为了更好地配合学生实验,特编写实验指导书。 一、实验目的 本课程实验主要是为了原理和应用的结合,通过实验一方面使学生更好的理解数据结构的概念

现代控制理论实验报告

实验报告 ( 2016-2017年度第二学期) 名称:《现代控制理论基础》 题目:状态空间模型分析 院系:控制科学与工程学院 班级: ___ 学号: __ 学生姓名: ______ 指导教师: _______ 成绩: 日期: 2017年 4月 15日

线控实验报告 一、实验目的: l.加强对现代控制理论相关知识的理解; 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析; 二、实验内容 1 第一题:已知某系统的传递函数为G (s) S23S2 求解下列问题: (1)用 matlab 表示系统传递函数 num=[1]; den=[1 3 2]; sys=tf(num,den); sys1=zpk([],[-1 -2],1); 结果: sys = 1 ------------- s^2 + 3 s + 2 sys1 = 1 ----------- (s+1) (s+2) (2)求该系统状态空间表达式: [A1,B1,C1,D1]=tf2ss(num,den); A = -3-2 10 B = 1 C = 0 1

第二题:已知某系统的状态空间表达式为: 321 A ,B,C 01:10 求解下列问题: (1)求该系统的传递函数矩阵: (2)该系统的能观性和能空性: (3)求该系统的对角标准型: (4)求该系统能控标准型: (5)求该系统能观标准型: (6)求该系统的单位阶跃状态响应以及零输入响应:解题过程: 程序: A=[-3 -2;1 0];B=[1 0]';C=[0 1];D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D); co=ctrb(A,B); t1=rank(co); ob=obsv(A,C); t2=rank(ob); [At,Bt,Ct,Dt,T]=canon(A,B,C,D, 'modal' ); [Ac,Bc,Cc,Dc,Tc]=canon(A,B,C,D, 'companion' ); Ao=Ac'; Bo=Cc'; Co=Bc'; 结果: (1) num = 0 01 den = 1 32 (2)能控判别矩阵为: co = 1-3 0 1 能控判别矩阵的秩为: t1 = 2 故系统能控。 (3)能观判别矩阵为: ob = 0 1

自动控制原理学生实验:二阶开环系统的频率特性曲线

实验三 二阶开环系统的频率特性曲线 一.实验要求 1.研究表征系统稳定程度的相位裕度γ和幅值穿越频率c ω对系统的影响。 2.了解和掌握欠阻尼二阶开环系统中的相位裕度γ和幅值穿越频率c ω的计算。 3.观察和分析欠阻尼二阶开环系统波德图中的相位裕度γ和幅值穿越频率ωc ,与计算值作比对。 二.实验内容及步骤 本实验用于观察和分析二阶开环系统的频率特性曲线。 由于Ⅰ型系统含有一个积分环节,它在开环时响应曲线是发散的,因此欲获得其开环频率特性时,还是需构建成闭环系统,测试其闭环频率特性,然后通过公式换算,获得其开环频率特性。 自然频率:T iT K = n ω 阻尼比:KT Ti 2 1= ξ (3-2-1) 谐振频率: 2 21ξωω-=n r 谐振峰值:2 121lg 20)(ξ ξω-=r L (3-2-2) 计算欠阻尼二阶闭环系统中的幅值穿越频率ωc 、相位裕度γ: 幅值穿越频率: 24241ξξωω-+? =n c (3-2-3) 相位裕度: 4 24122arctan )(180ξξξω?γ++-=+=c (3-2-4) γ值越小,Mp%越大,振荡越厉害;γ值越大,Mp%小,调节时间ts 越长,因此为使 二阶闭环系统不致于振荡太厉害及调节时间太长,一般希望: 30°≤γ≤70° (3-2-5) 本实验所构成的二阶系统符合式(3-2-5)要求。 被测系统模拟电路图的构成如图1所示。 图1 实验电路 本实验将数/模转换器(B2)单元作为信号发生器,自动产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化(0.5Hz~16Hz ),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开环对数幅值和相位,数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。 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:安置短路套及测孔联线表同笫3.2.2 节《二阶闭环系统的频率特性曲线测试》。 (3)运行、观察、记录: ① 将数/模转换器(B2)输出OUT2作为被测系统的输入,运行LABACT 程序,在界面 的自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析-实验项目,选择二阶系统,就会弹出虚拟示波器的界面,点击开始,实验开始后,实验机将自动产生0.5Hz~16H 等多种频率信号,等待将近十分钟,测试结束后,观察闭环对数幅频、相频曲线和幅相曲线。 ② 待实验机把闭环频率特性测试结束后,再在示波器界面左上角的红色‘开环’或‘闭

编译原理课程设计LL(1)文法 do while 三地址输出 报告加代码

学号: 课程设计 题目编译原理 学院计算机科学与技术 专业计算机科学与技术 班级 姓名 指导教师 2 年月日

课程设计任务书 学生姓名:专业班级: 指导教师:工作单位: 题目: DO-WHILE循环语句的翻译程序设计(LL(1)法、输出三地址表示)初始条件: 理论:学完编译课程,掌握一种计算机高级语言的使用。 实践:计算机实验室提供计算机及软件环境。如果自己有计算机可以在其上进行设计。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求) (1)写出符合给定的语法分析方法的文法及属性文法。 (2)完成题目要求的中间代码三地址表示的描述。 (3)写出给定的语法分析方法的思想,完成语法分析和语义分析程序设计。 (4)编制好分析程序后,设计若干用例,上机测试并通过所设计的分析程序。 (5)设计报告格式按附件要求书写。课程设计报告书正文的内容应包括: 1 系统描述(问题域描述); 2 文法及属性文法的描述; 3 语法分析方法描述及语法分析表设计; 4 按给定的题目给出中间代码形式的描述及中间代码序列的结构设计; 5 编译系统的概要设计; 6 详细的算法描述(流程图或伪代码); 7 软件的测试方法和测试结果; 8 研制报告(研制过程,本设计的评价、特点、不足、收获与体会等); 9 参考文献(按公开发表的规范书写)。 时间安排: 设计安排一周:周1、周2:完成系统分析及设计。 周3、周4:完成程序调试及测试。 周5:撰写课程设计报告。 设计验收安排:设计周的星期五第1节课开始到实验室进行上机验收。 设计报告书收取时间:设计周的次周星期一上午10点。 指导教师签名: 2011年 12月 23日 系主任(或责任教师)签名: 2011年 12月 23日

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

编译原理实验指导书2010

《编译原理》课程实验指导书 课程编号: 课程名称:编译原理/Compiler Principles 实验总学时数: 8 适用专业:计算机科学与技术、软件工程 承担实验室:计算机学院计算机科学系中心实验室、计算机技术系中心实验室 一、实验教学的目的与要求 上机实习是对学生的一种全面综合训练,是与课堂听讲、自学和练习相辅相成的必不可少的一个教学环节。通常,实习题中的问题比平时的练习题要复杂,也更接近实际。编译原理这门课程安排的2次上机实验都属于一种设计类型的实验,每个实验的训练重点在于基本的编译技术和方法,而不强调面面俱到;实验的目的是旨在使学生进一步巩固课堂上所学的理论知识,深化理解和灵活掌握教学内容;培养学生编制算法的能力和编程解决实际问题的动手能力。 要求学生在上机前应认真做好各种准备工作,熟悉机器的操作系统和语言的集成环境,独立完成算法设计和程序代码的编写;上机时应随带有关的编译原理教材或参考书;要学会程序调试与纠错。 每次实验后要交实验报告,实验报告的内容应包括: (1)实验题目、班级、学号、姓名、完成日期; (2)简要的需求分析与概要设计; (3)详细的算法描述; (4)源程序清单; (5)给出软件的测试方法和测试结果; (6)实验的评价、收获与体会。 开发工具: (1)DOS环境下使用Turbo C; (2)Windows环境下使用Visual C++ 。 考核: 实验成绩占编译原理课程结业成绩的10%。 三、单项实验的内容和要求: 要求每个实验保证每个学生一台微机。 实验一(4学时):单词的词法分析程序设计。 (一)目的与要求 1.目的 通过设计、编制、调试一个具体的词法分析程序,加深对词法分析原理的理解,并掌握在对程序设计语言源程序进行扫描过程中将其分解为各类单词的词法分析方法。

倒立摆状态空间极点配置控制实验实验报告

《现代控制理论》实验报告 状态空间极点配置控制实验 一、实验原理 经典控制理论的研究对象主要是单输入单输出的系统,控制器设计时一般需要有关被控对象的较精确模型,现代控制理论主要是依据现代数学工具,将经典控制理论的概念扩展到多输入多输出系统。极点配置法通过设计状态反馈控制器将多变量系统的闭环系统极点配置在期望的位置上,从而使系统满足瞬态和稳态性能指标。 1.状态空间分析 对于控制系统X = AX + Bu 选择控制信号为:u = ?KX 式中:X 为状态向量( n 维)u 控制向量(纯量) A n × n维常数矩阵 B n ×1维常数矩阵 求解上式,得到 x(t) = (A ? BK)x(t) 方程的解为: x(t) = e( A?BK )t x(0) 状态反馈闭环控制原理图如下所示: 从图中可以看出,如果系统状态完全可控,K 选择适当,对于任意的初始状态,当t趋于无穷时,都可以使x(t)趋于0。 2.极点配置的设计步骤 1) 检验系统的可控性条件。 2) 从矩阵 A 的特征多项式 来确定 a1, a2,……,an的值。 3) 确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T:T = MW 其中 M 为可控性矩阵, 4) 利用所期望的特征值,写出期望的多项式 5) 需要的状态反馈增益矩阵 K 由以下方程确定: 二、实验内容 针对直线型一级倒立摆系统应用极点配置法设计控制器,进行极点配置并用Matlab进行仿真实验。 三、实验步骤及结果 1.根据直线一级倒立摆的状态空间模型,以小车加速度作为输 入的系统状态方程为: 可以取1 l 。则得到系统的状态方程为: 于是有:

直线一级倒立摆的极点配置转化为: 对于如上所述的系统,设计控制器,要求系统具有较短的调整时间(约 3 秒)和合适的阻尼(阻尼比? = 0.5)。 2.采用四种不同的方法计算反馈矩阵 K。 方法一:按极点配置步骤进行计算。 1) 检验系统可控性,由系统可控性分析可以得到,系统的状态完全可控性矩阵的秩等于系统的状态维数(4),系统的输出完全可控性矩阵的秩等于系统输出向量y 的维数(2),所以系统可控。 倒立摆极点配置原理图 2) 计算特征值 根据要求,并留有一定的裕量(设调整时间为 2 秒),我们选取期望的闭环极点s =μi (i = 1,2,3,4) ,其中: 其中,μ 3,μ 4 使一对具有的主导闭环极点,μ 1 ,μ 2 位于 主导闭环极点的左边,因此其影响较小,因此期望的特征方程为: 因此可以得到: 由系统的特征方程: 因此有 系统的反馈增益矩阵为: 3) 确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T:T = MW 式中: M = 0 1.0000 0 0 1.0000 0 0 0 0 0.7500 0 5.5125 0.7500 0 5.5125 0 W = 0 -7.3500 -0.0000 1.0000 -7.3500 -0.0000 1.0000 0 -0.0000 1.0000 0 0 1.0000 0 0 0 于是可以得到: T = -7.3500 -0.0000 1.0000 0 0 -7.3500 -0.0000 1.0000 0 -0.0000 0.7500 0 -0.0000 0 -0.0000 0.7500 T’= -7.3500 0 0 -0.0000 -0.0000 -7.3500 -0.0000 0 1.0000 -0.0000 0.7500 -0.0000 0 1.0000 0 0.7500

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MATLAB仿真实验报告

实验一 MATLAB 及仿真实验(控制系统的时域分析) 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析,包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性; 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些? 2、 如何判断系统稳定性? 3、 系统的动态性能指标有哪些? 三、实验方法 (一) 四种典型响应 1、 阶跃响应: 阶跃响应常用格式: 1、)(sys step ;其中sys 可以为连续系统,也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ;表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ;表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =;可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应: 脉冲函数在数学上的精确定义:0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为:) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式: ① )(sys impulse ; ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = (二) 分析系统稳定性 有以下三种方法: 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图; 2、 利用tf2zp 求出系统零极点; 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 (三) 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.

《编译原理》实验指导书-2015

武汉科技大学计算机科学与技术学院 编译原理实验指导书

实验一词法分析器设计 【实验目的】 1.熟悉词法分析的基本原理,词法分析的过程以及词法分析中要注意的问题。 2.复习高级语言,进一步加强用高级语言来解决实际问题的能力。 3.通过完成词法分析程序,了解词法分析的过程。 【实验内容】 用C语言编写一个PL/0词法分析器,为语法语义分析提供单词,使之能把输入的字符串形式的源程序分割成一个个单词符号传递给语法语义分析,并把分析结果(基本字,运算符,标识符,常数以及界符)输出。 【实验要求】 1.要求绘出词法分析过程的流程图。 2.根据词法分析的目的以及内容,确定完成分析过程所需模块。 3.写出每个模块的源代码,并给出注释。 4.整理程序清单及所得结果。 【说明】 运行成功以后,检查程序,并将运行结果截图打印粘贴到实验报告上。 辅助库函数scanerLib设计以及使用说明: 下面内容给出了一个辅助库函数的接口说明以及具体实现。 接口设计 //字符类 class Token { TokenType type; String str; Int line; } //词法分析结果输出操作类 class TokenWriter { ArrayList tokens; //用来记录所识别出来的token TokenWriter(); //构造函数指定输入文件名,创建文件输出流 V oid Add(Token); //将词法分析器中分析得到的Token添加到tokens中 WriteXML(); //将tokens写出到目标文件.xml中 } //词法分析操作词法分析生成文件接口<暂时不需要对该类的操作;下一步做语法分析的时候使用> class TokenReader

现代控制理论课程设计(大作业)

现代控制理论课 程设计报告 题目打印机皮带驱动系统能控能观和稳定性分析 项目成员史旭东童振梁沈晓楠 专业班级自动化112 指导教师何小其 分院信息分院 完成日期 2014-5-28

目录 1. 课程设计目的 (3) 2.课程设计题目描述和要求 (3) 3.课程设计报告内容 (4) 3.1 原理图 (4) 3.2 系统参数取值情况 (4) 3.3 打印机皮带驱动系统的状态空间方程 (5) 4. 系统分析 (7) 4.1 能控性分析 (7) 4.2 能观性分析 (8) 4.3 稳定性分析 (8) 5. 总结 (10)

项目组成员具体分工 打印机皮带驱动系统能控能观和稳定性 分析 课程设计的内容如下: 1.课程设计目的 综合运用自控现代理论分析皮带驱动系统的能控性、能观性以及稳定性,融会贯通并扩展有关方面的知识。加强大家对专业理论知识的理解和实际运用。培养学生熟练运用有关的仿真软件及分析,解决实际问题的能力,学会使用标准、手册、查阅有关技术资料。加强了大家的自学能力,为大家以后做毕业设计做很好的铺垫。 2.课程设计题目描述和要求 (1)环节项目名称:能控能观判据及稳定性判据 (2)环节目的: ①利用MATLAB分析线性定常系统的可控性和客观性。 ②利用MATLAB进行线性定常系统的李雅普诺夫稳定性判据。 (3)环节形式:课后上机仿真 (4)环节考核方式: 根据提交的仿真结果及分析报告确定成绩。 (5)环节内容、方法: ①给定系统状态空间方程,对系统进行可控性、可观性分析。 ②已知系统状态空间方程,判断其稳定性,并绘制出时间响应曲线验

证上述判断。 3.课程设计报告内容 3.1 原理图 在计算机外围设备中,常用的低价位喷墨式或针式打印机都配有皮带驱动器。它用于驱动打印头沿打印页面横向移动。图1给出了一个装有直流电机的皮带驱动式打印机的例子。其光传感器用来测定打印头的位置,皮带张力的变化用于调节皮带的实际弹性状态。 图1 打印机皮带驱动系统 3.2 系统参数取值情况 表1打印装置的参数

自控原理实验一(一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试)

成绩 北京航空航天大学 自动控制原理实验报告 学院 专业方向 班级 学号 学生姓名 指导教师 自动控制与测试教学实验中心

实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验时间 实验编号 同组同学 一、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。 二、实验内容 1.建立一阶系统的电子模型,观测并记录不同时间常数T 时的跃响应曲线,测定其过渡过程时间T S 。 2.建立二阶系统的电子模型,观测并记录不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,测定其超调量σ%及过渡过程时间T S 。 三、实验原理 1.一阶系统 系统传递函数为:(s)(s)(s)1 C K R Ts Φ= =+ 模拟运算电路如图1-1所示: 由图1-1得 2 12(s)(s)11 o i R U R K U R Cs Ts == ++ 在实验当中始终取R 2=R 1,则K=1,T=R 2 C U i U o 图1-1 一阶系统模拟电

取不同的时间常数T 分别为:0.25、0.5、1.0。 记录不同时间常数下阶跃响应曲线,测量并纪录其过渡过程时间T S ,将参数及指标填在表1-1内。 表 1-1一阶系统参数指标 S S 2.二阶系统 系统传递函数为:22 2 (s) (s)(s)2n n n C R s s ωζωωΦ==++。令n ω=1弧度/秒,则系统结构如图1-2所示: 根据结构图,建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示: 取R 2C 1=1,R 3C 2=1则 442312R R C R ζ==,42 1 2R C ζ= R(s) C(s) 图1-2 二阶系统结构图 U o U i 图1-3 二阶系统模拟电路图

编译原理课程设计报告_LL(1)分析过程模拟

课程设计(论文)任务书 软件学院学院软件工程专业07-1班 一、课程设计(论文)题目LL(1)分析过程模拟 二、课程设计(论文)工作自 2010 年 6 月 22日起至 2010 年 6月 28 日止。 三、课程设计(论文) 地点: 四、课程设计(论文)内容要求: 1.本课程设计的目的 (1)使学生掌握LL(1)模块的基本工作原理; (2)培养学生基本掌握LL(1)分析的基本思路和方法; (3)使学生掌握LL(1)的调试; (4)培养学生分析、解决问题的能力; (5)提高学生的科技论文写作能力。 2.课程设计的任务及要求 1)基本要求: (1)分析LL(1)模块的工作原理; (2)提出程序的设计方案; (3)对所设计程序进行调试。 2)创新要求: 在基本要求达到后,可进行创新设计,如改算法效率。 3)课程设计论文编写要求 (1)要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文 (2)论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、附录等 (3)课程设计论文装订按学校的统一要求完成 4)答辩与评分标准: (1)完成原理分析:20分; (2)完成设计过程(含翻译):40分; (3)完成调试:20分;

(4)回答问题:20分。 5)参考文献: (1)张素琴,吕映芝,蒋维杜,戴桂兰.编译原理(第2版).清华大学出版社 (2)丁振凡.《Java语言实用教程》北京邮电大学出版社 6)课程设计进度安排 内容天数地点 构思及收集资料2图书馆 编程与调试4实验室 撰写论文1图书馆、实验室 学生签名: 2009 年6 月22 日 课程设计(论文)评审意见 (1)完成原理分析(20分):优()、良()、中()、一般()、差();(2)设计分析(20分):优()、良()、中()、一般()、差();(3)完成调试(20分):优()、良()、中()、一般()、差();(4)翻译能力(20分):优()、良()、中()、一般()、差();(5)回答问题(20分):优()、良()、中()、一般()、差();(6)格式规范性及考勤是否降等级:是()、否() 评阅人:职称: 年月日

基于极点配置的控制器设计与仿真

计算机控制理论与设计作业 题目:基于极点配置方法的直流调速系统的控制器设计

摘要 本文目的是用极点配置方法对连续的被控对象设计控制器。基本思路是对连续系统进行数学建模,将连续模型进行离散化,针对离散的被控对象,用极点配置的方法分别在用状态方程和传递函数两种描述方法下设计前馈和反馈控制器,并用MATLAB仿真。文中具体以直流调速系统作为研究对象,对直流调速系统的组成和结构进行了分析,把各个部分进行数学建模,求出其传递函数,组成系统结构框图,利用自控原理的知识对结构图化简,求出被控对象的传递函数和状态方程,进一步得将其离散化。第一种是通过极点配置设计方法的原理,用状态方程设计被控对象的控制律,因为直流调速系统存在噪声,实际状态不可测,故选择了全阶的观测器,又因为采样时间小于计算延时,所以选择了预报观测器。利用所学知识对此闭环系统设计前馈和反馈控制器[1]。第二种利用传统的离散传递函数,从代数多项式的角度进行复合控制器的设计,在保证系统稳定的情况下,分析系统的可实现性,稳定性,静态指标,动态指标,抗干扰等方面性能研究前馈反馈相结合控制器设计。重点是保证被控对象的不稳定的零极点不能被抵消。最后利用MATLAB的Simulink进行仿真,观察系统的输出的y和u和收敛性,并加入扰动看其抗干扰性能,得出结论。 经研究分析,对于直流调速系统,基于极点配置设计的前馈反馈相结合的控制器,具有良好的稳定性能和抗干扰性能。运行结果符合实际情况。 关键词:极点配置;状态方程;直流调速系统;代数多项式;Matlab;

1绪论 1.1论文的背景及意义 在工业生产和日常生活中,自动控制系统分为确定性系统和不确定性系统两类,确定性系统是指系统的结构和参数是确定的,确定的输入下,输出也确定的一类系统。确定性系统相对于不确定性系统而言的。在确定的系统中所用的变量都可用确切的函数关系来描述,系统的运动特性可以完全确定。以确定性系统为研究对象的控制理论称为确定性控制理论。本文以直流调速系统为研究对象,利用极点配置的设计方法,包括利用状态空间模型和传递函数模型分别描述线性系统,采用闭环极点为指标的控制器设计的理论和方法,设计出前馈和反馈控制器,组建闭环控制系统,用Matlab进行仿真可以逼真地还原出实际系统。 1.2 论文的主要内容 本文直流电机的调速系统的模型作为研究对象,利用线性系统极点配置的设计方法,设计前馈反馈控制器。论文研究的主要内容: (1)阅读学习国内外期刊文献,研究了极点配置的基本原理和Matlab的实现方法。 (2)系统的说明直流电机的系统结构和工作原理并分析,建立直流调速系统的数学模型,将其进行离散化,并讨论其传递函数与状态方程之间的关系。 (3)分析极点配置控制器的设计原理,利用状态方程设计控制器。 (4)将被控对象的传递函数离散化,利用传递函数模型设计控制器。 (4)在MATLAB中建立闭环直流调速系统的模型,根据闭环极点配置的设计步骤编写程序,用Simulink搭建仿真系统,对闭环直流调速系统的输出进行仿真分析。 (5)对仿真结果分析。将仿真结果与实际直流调速系统的阶跃响应的各项参数相比较,得出结论。

编译原理实验指导书

编译原理 实 验 指 导 书 作者:莫礼平 2011年3月

实验一简单词法分析程序设计 一、实验目的 了解词法分析程序的基本构造原理,掌握词法分析程序的手工构造方法。 二、实验内容 1、了解编译程序的词法分析过程。 2、根据PASCAL语言的说明语句形式,用手工方法构造一个对说明语句进行词法分析的程序。该程序能对从键盘输入或从文件读入的形如: “const count=10,sum=81.5,char1=’f’,string1=”hj”, max=169;” 的常量说明串进行处理,分析常量说明串中各常量名、常量类型及常量值,并统计各种类型常量个数。 三、实验要求 1、输入的常量说明串,要求最后以分号作结束标志; 2、根据输入串或读入的文本文件中第一个单词是否为“const”判断输入串或文本文件是否为常量说明内容; 3、识别输入串或打开的文本文件中的常量名。常量名必须是标识符,定义为字母开头,后跟若干个字母,数字或下划线; 4、根据各常量名紧跟等号“=”后面的内容判断常量的类型。其中:字符型常量定 义为放在单引号内的一个字符;字符串常量定义为放在双引号内所有内容;整型常量定 义为带或不带+、- 号,不以0开头的若干数字的组合;实型常量定义为带或不带+、- 号, 不以0开头的若干数字加上小数点再后跟若干数字的组合; 5、统计并输出串或文件中包含的各种类型的常量个数; 6、以二元组(类型,值)的形式输出各常量的类型和值; 7、根据常量说明串置于高级语言源程序中时可能出现的错误情况,模仿高级语言编 译器对不同错误情况做出相应处理。 四、运行结果 1、输入如下正确的常量说明串: const count=10,sum=81.5,char1=‘f’,max=169,str1=“h*54 2..4S!AAsj”, char2=‘@’,str2=“aa!+h”; 输出: count(integer,10) sum(float,81.5) char1(char, ‘f’) max(integer,169) str1(string,“h*54 2..4S!AAsj”) char2(char, ‘@’) str2(string,“aa!+h”) int_num=2; char_num=2; string_num=2; float_num=1. 2、输入类似如下的保留字const错误的常量说明串: Aconstt count=10,sum=81.5,char1=‘f’; 输出类似下面的错误提示信息:

自动控制原理_实验2(1)

实验二 线性系统时域响应分析 一、实验目的 1.熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法,研究线性系统在 单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。 2.通过响应曲线观测特征参量ζ和n ω对二阶系统性能的影响。 3.熟练掌握系统的稳定性的判断方法。 二、基础知识及MATLAB 函数 (一)基础知识 时域分析法直接在时间域中对系统进行分析,可以提供系统时间响应的全部 信息,具有直观、准确的特点。为了研究控制系统的时域特性,经常采用瞬态响应(如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应)。本次实验从分析系统的性能指标出发,给出了在MATLAB 环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。 用MATLAB 求系统的瞬态响应时,将传递函数的分子、分母多项式的系数分 别以s 的降幂排列写为两个数组num 、den 。由于控制系统分子的阶次m 一般小于其分母的阶次n ,所以num 中的数组元素与分子多项式系数之间自右向左逐次对齐,不足部分用零补齐,缺项系数也用零补上。 1.用MATLAB 求控制系统的瞬态响应 1) 阶跃响应 求系统阶跃响应的指令有: step(num,den) 时间向量t 的范围由软件自动设定,阶跃响应曲线随 即绘出 step(num,den,t) 时间向量t 的范围可以由人工给定(例如t=0:0.1:10) [y ,x]=step(num,den) 返回变量y 为输出向量,x 为状态向量 在MATLAB 程序中,先定义num,den 数组,并调用上述指令,即可生成单位 阶跃输入信号下的阶跃响应曲线图。 考虑下列系统: 25 425)()(2++=s s s R s C 该系统可以表示为两个数组,每一个数组由相应的多项式系数组成,并且以s 的降幂排列。则MATLAB 的调用语句:

编译原理课程设计词法分析

目录 一、实验题目 (2) 二、实验目的 (2) 三、实验要求 (3) 四、实验步骤 (3) 基本设计思路 (3) 流程框图 (4) 算法设计 (5) 函数相关说明 (5) 输入与输出 (7) 程序运行结果 (8) 五、实验方案设计实现 (8) 六、实验程序亮点描述 (9) 七、实验程序使用说明 (9) 八、实验心得体会 (9) 九、源程序清单........................................................................................错误!未定义书签。

一、实验题目 设计、编制、调试一个识别一简单语言单词的词法分析程序。程序能够识别基本字、标识符、无符号整数、浮点数、运算符和界符)。单词符号及种别表如下: 二、实验目的 设计、编制并调试一个词法分析程序,加深对词法分析原理的理解。

三、实验要求 词法分析程序需具备词法分析的功能: 输入:所给文法的源程序字符串。(字符串以“#”号结束) 输出:二元组(syn,token或sum)构成的序列。 其中:syn为单词种别码; token为存放的单词自身字符串; sum为整型常数。 例如:对源程序begin x:=9: if x>9 then x:=2*x+1/3; end #的源文件,经过词法分析后输出如下序列: (1,begin)(10,x)(18,:=)(11,9)(26,;)(2,if)…… 四、实验步骤 基本设计思路 ?基本字作为一类特殊的标识符来处理:识别出标识符,差基本字表,给出相应种别码。 基本字表置初值:char *rwtab[6]={"begin","if","then","while","do","end"};(字符指针的数组) ?识别无符号整数是将数字串转换为无符号整数。我们在getchar()的时候是把数字当做字符从外部输出读取的。将数字串345#转换为整数: (3*10+4)*10+5=345送到sum中 ?程序主要由2个函数组成,主函数main()和扫描子函数scanner()。扫描程序每次读取1个独立意义的单词符号,并判断单词类型。主程序做相应处理后做控制台输出。

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