控制实验指导书2012-1

实验报告

实验课程：控制工程基础

学生姓名：沈家勇

学号： 5901111188 专业班级：机制115班

目录

实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究----------------4 实验二典型系统动态性能和稳定性分析--------------------11 实验三控制系统的频域与时域分析-------------------------14 实验四Matlab环境下校正环节的设计-----------------------21

概述

一．实验系统功能特点

1．系统可以按教学需要组合，满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。只配备ACT-I实验箱，则实验时另需配备示波器，且只能完成部分基本实验。要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验必须配备上位机（包含相应软件）及并口通讯线。

2．ACT-I实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。此外，ACT-I实验箱内还可含有数据处理单元，用于数据采集、输出以及和上位机的通讯。

3．配备PC微机作操作台时，将高效率支持“自动控制原理”的教学实验。系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。PC微机在实验中，除了满足软件仿真需要外，又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。

4．系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。除了指导书所提供的10个实验外，还可自行设计实验。

二．系统构成

实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACT-I实验箱、并行通讯线等组成。ACT-I实验箱内装有以AD C812芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过并口与PC微机连接。

1．实验箱ACT-I简介

ACT-I控制理论实验箱主要由电源部分U1单元、信号源部分U2单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、元器件单元U4、非线性单元U5～U7以及模拟电路单元U8～U16等共16个单元组成，详见附图。

(1)电源单元U1

包括电源开关、保险丝、＋5V、－5V、＋15V、－15V、0V以及1.3V～15V可调电压的输出，它们提供了实验箱所需的所有工作电源。

(2)信号源单元U2

可以产生频率与幅值可调的周期方波信号、周期斜坡信号、周期抛物线信号以及正弦信号，并提供与周期阶跃、斜坡、抛物线信号相配合的周期锁零信号。

该单元面板上配置的拨键S1和S2用于周期阶跃、斜坡、抛物线信号的频率段选择，可有以下4种状态：

①S1和S2均下拨——输出信号周期的调节范围为2～60ms；

②S1上拨、S2下拨——输出信号周期的调节范围为0.2～6s；

③S1下拨、S2上拨——输出信号周期的调节范围为20～600ms；

④S1和S2均上拨——输出信号周期的调节范围为0.16～7s；

另有电位器RP1用于以上频率微调。

电位器RP2、RP3和RP4依次分别用于周期阶跃、斜坡与抛物线信号的幅值调节。在上述S1和S2的4种状态下，阶跃信号的幅值调节范围均为0～14V；除第三种状态外，其余3种状态的斜坡信号和抛物线信号的幅值调节范围均为0～15V；在第三种状态时，斜坡信号的幅值调节范围为0～10V，抛物线信号的幅值调节范围为0～2.5V。

信号单元面板上的拨键S3用于正弦信号的频率段的选择：当S3上拨时输出频率范围为140Hz～14KHz；当S3下拨时输出频率范围为2～160Hz。电位器RP5和RP6分别用于正弦信号的频率微调和幅值调节，其幅值调节范围为0-14V。

(3)数据处理单元U3

内含以AD C812为核心组成的数据处理卡（含软件），通过并行口与上位PC进行通讯。内部包含6路A/D采集输入通道和两路D/A输出通道。与上位机一起使用时，可同时使用其中两个输入和两个输出通道。结合上位机软件，用以实现虚拟示波器、测试信号发生器以及数字控制器功能。

(4)元器件单元U4

单元提供了实验所需的电容、电阻与电位器，另提供插接电路供放置自己选定大小的元器件。

(5)非线性环节单元U5、U6和U7

U5，U6，U7分别用于构成不同的典型非线性环节。

单元U5可通过拨键S4选择具有死区特性或间隙特性的非线性环节模拟电路。

单元U6为具有继电特性的非线性环节模拟电路。

单元U7为具有饱和特性的非线性环节模拟电路。

(6)模拟电路单元U8～U16

U8～U16为由运算放大器与电阻，电容等器件组成的模拟电路单元。其中U8为倒相电路，实验时通常用作反号器。U9～U16的每个单元内，都有用场效应管组成的锁零电路和运放调零电位器。

2．系统上位机软件的功能与使用方法，详见《ACT-I自动控制理论实验上位机程序使用说明书》。

三．自动控制理论实验系统实验内容

1．典型环节的电路模拟与软件仿真研究；

2．典型系统动态性能和稳定性分析；

3．典型环节（或系统）的频率特性测量；

4．线性系统串联校正；

5．典型非线性环节的静态特性；

6．非线性系统相平面法；

7．非线性系统描述函数法；

8．极点配置线性系统全状态反馈控制；

9．采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究；

10．采样控制系统串联校正的混合仿真研究。

要完成上列全部实验，必须配备上位计算机。

四．实验注意事项

1．实验前U9～U16单元内的运放需要调零。

2．运算放大器边上的锁零点G 接线要正确。不需要锁零时（运放构成环节中不含电容或输入信号为正弦波时），必须把G 与-15V 相连；在需要锁零时，必须与其输入信号同步的锁零信号相连。如在采用PC 产生的经D/A 通道输出的信号O1作为该环节或系统的输入时，运放的锁零信号G 应连U3单元的G1（对应O1）；类似地，如采用PC 产生的信号O2作输入，则锁零信号G 应连U3单元的G2（对应O2）。锁零主要用于对电容充电后需要放电的场合，一般不需要锁零。

3．在设计和连接被控对象或系统的模拟电路时，要特别注意，实验箱上的运放都是反相输入的，因此对于整个系统以及反馈的正负引出点是否正确都需要仔细考虑，必要时接入反号器。

4．作频率特性实验和采样控制实验时，必须注意上位机界面操作时“通道设置”只允许选用采样通道X 作为A/D 输入。至于该“X 通道”具体采用“I1～I6”中哪一个通道，决定于控制箱上的实际连线，必须注意硬件连线与软件界面上操作的一致性。类似地，软件界面上操作时，也必须注意“通道设置”与“显示”选择的一致性。此一致性要求对所有使用通道的实验都是一样的，只是其它实验还允许以同样方式使用Y 通道。

5．上位机软件提供线性系统软件仿真功能。在作软件仿真时，无论是一个环节、或是几个环节组成的被控对象、或是闭环系统，在利用上位机界面作实验时，都必须将开环或闭环的传递函数都转化成下面形式，以便填入参数a i , b j

1110

1110

...()...m m m m n n n n b s b s b s b W s a s a s a s a ----++++=

++++

其中 10n ≤， m n ≤。

如出现 m n >的情况，软件仿真就会出错，必须设法避免。如实验一，在作理想比例微分（PD ）环节的软件仿真实验时就会遇到此问题，因为此时()(1)W s K Ts K KTs =+=+ 可见该W (s )分子中s 的阶高于分母的，直接填入参数仿真，即出现“非法操作”的提示。具体避免方法请参阅该实验附录。

6．受数据处理单元U3的数据处理速率限制，作频率特性实验和采样控制实验时，在上位机界面上操作“实验参数设置”必须注意频率点和采样控制频率的选择。对于频率特性实验，应满足ω<30Rad/sec ，以免引起过大误差。类似地，对于采样控制实验，采样控制周期应不小于2 ms 。

实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究

一．实验目的

1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。

2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。

二．实验内容

1．设计各种典型环节的模拟电路。

2．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

3．在上位机界面上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。

三．实验步骤

1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。注意实验接线前必须先将实验箱上电，以对运放仔细调零。然后断电，再接线。接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。在输入阶跃信号时，除比例环节运放可不锁零（G可接-15V）也可锁零外，其余环节都需要考虑运放锁零。

2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

无上位机时，利用实验箱上的信号源单元U2所输出的周期阶跃信号作为环节输入，即连接箱上U2的“阶跃”与环节的输入端（例如对比例环节即图1.1.2的Ui），同时连接U2的“锁零（G）”与运放的锁零G。然后用示波器观测该环节的输入与输出（例如对比例环节即测试图1.1.2的Ui和Uo）。注意调节U2的周期阶跃信号的“频率”电位器RP5与“幅值”电位器RP2，以保证观测到完整的阶跃响应过程。

有上位机时，必须在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。仍以比例环节为例，此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A通道的输出端），将Uo连到实验箱 U3单元的I1（A/D通道的输入端），将运放的锁零G连到实验箱 U3单元的G1（与O1同步），并连好U3单元至上位机的并口通信线。接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。界面上的操作步骤如下：

①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”选择“通道O1＃”，“采样通道X”选择“通道I1＃”，“采样通道Y”选择“不采集”。

②进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的提示（在界面正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则请求指导教师帮助。

③进入实验模式后，先对显示进行设置：选择“显示模式”（在主界面左上角）为“X-t”；选择“量程”（在“显示模式”下方）为100ms/div；并在界面右方选择“显示”“系统输入信号”和“采样通道X”。

④完成实验设置，先选择“实验类别”（在主界面右上角）为“时域”，然后点击“实验参数设置”，在弹出的“系统测试信号设置”框内，选择“输入波形类别”为“周期阶跃信号”，选择“输入波形占空比”为50%，选择“输入波形周期”为“1000ms”，选择“输入持续时间”为“1000ms”，选择波形不“连续”, 选择“输入波形幅值”为“1V”，将零位偏移设为“0”。以上除必须选择“周期阶跃信号”外，其余的选择都不是唯一的。要特别注意，除单个比例环节外，对其它环节和系统都必须考虑环节或系统的时间常数，如仍选择“输入波形占空比”为50%，那么“输入波形周期”至少是环节或系统中最大时间常数的6～8倍。这样，实验中才能观测到阶跃响应的整个过程。

⑤以上设置完成后，按“实验启动”启动实验，动态波形得到显示，直至“持续时间”结束，实验也自动结束，如上述参数设置合理就可以在主界面中间得到环节的“阶跃响应”。

⑥利用“红线数值显示”功能（详见软件使用说明书）观测实验结果；改变实验箱上环节参数，重复⑤的操作；如发现实验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复④、⑤的操作。

⑦按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件，操作方法参阅软件使用说明书。

3．利用上位机完成环节阶跃特性软件仿真的操作，前①②步骤与2相同，其后操作步骤如下：

③进入实验模式后，先对显示进行设置：选择“显示模式”（在主界面左上角）为“X-t”；选择“量程”（在“显示模式”下方）为100ms/div；并在界面右方选择“显示”“系统仿真”。

④在上位机界面右上角“实验类别”中选择“软件仿真”。

⑤然后点击“实验参数设置”，在弹出的“仿真设置”框内，先作“系统仿真输入信号设定”，选择“输入波形类别”为“周期阶跃信号”，选择“输入波形幅值”为“1V”，选择“输入波形占空比”为50%，选择“输入波形周期”为“1000ms”，选择“输入持续时间”为“1000ms”, 选择波形不“连续”。以上除必须选择“周期阶跃信号”外，其余的选择都不是唯一的。要特别注意，除单个比例环节外，对其它环节和系统都必须考虑环节和系统的时间常数，如仍选择“输入波形占空比”为50%，那么“输入波形周期”至少是环节或系统中最大时间常数的6～8倍。

⑥在“仿真设置”框内的“传递函数”栏目中填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数。完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。

⑦在“仿真设置”框内的“其它设置”栏目中选择“时域仿真”。

⑧以上设置完成后，按“实验启动”启动实验，动态波形得到显示，直至“持续时间”结束，实验也自动结束，如设置合理就可以在主界面中间得到环节的“阶跃响应”。

⑨利用“红线数值显示”功能（详见软件使用说明书）观测实验结果；在“仿真设置”

框内的“传递函数”栏目中改变原填入的环节传递函数参数，重复⑧的操作；如发现“系统仿真输入信号设定”中的实验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复⑤、⑧的操作。

⑩按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件，操作方法参阅软件使用说明书。

4．分析实验结果，完成实验报告。

四．附录

C

R

T

R

K1

1,=

=，实验参数取R0＝200k，R1＝200k，C＝1uF，R=10k。

6．比例积分微分(PID)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应比例积分微分环节的传递函数为：s

T

s

T

K

s

U

s

U

d

P

O+

+

=

1

)(

)(

122211

0010132()(1)

o i U s R R C s R C R C s =+++（供软件仿真参考）

实验二 典型系统动态性能和稳定性分析

一．实验目的

1．学习和掌握动态性能指标的测试方法。

2．研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。

二．实验内容

1．观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。

2．观测三阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。

三．实验步骤

1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.1.1和图2.1.2，设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路（如用U9、U15、U11和U8连成）。注意实验接线前必须对运放仔细调零。接线时要注意对运放锁零的要求。

2．利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。 3．改变该二阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响。

4．利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.2.1和图2.2.2，设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路（如用U9、U15、U11、U10和U8连成）。

5．利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。 6．改变该三阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。 7．利用上位机界面提供的软件仿真功能，完成上述两个典型系统的动态性能研究，并与模拟电路的研究结果相比较。

8．分析实验结果，完成实验报告。

注意：以上实验步骤中的2、3与5、6的具体操作方法，请参阅“实验一”的实验步骤2；实验步骤7的具体操作方法，请参阅“实验一”的实验步骤3，这里不再赘述。

四．附录

1．典型二阶系统

典型二阶系统的方块结构图如图2.1.1所示： 其开环传递函数为o

T K

K s T s K s G 111,)1()(=+=

，

其开环传递函数为

)1

)(

1

(

)(

2

1

+

+

=

s

T

s

T

s

K

s

G，其中

o

T

K

K

K2

1

=，取三阶系统的模拟电路如图

实验三控制系统的频域与时域分析

一、实验目的：

1、掌握控制系统数学模型的基本描述方法和相互转化

2、了解控制系统的稳定性分析方法

3、掌握控制系统频域与时域分析基本方法

二、实验基本知识：

1. 系统数学模型的几种表示方法

方案一

函数转换表

方案二

[z ,p ,k]=tf2zp(num , den);

[num , den ]=zp2tf(z ,p ,k)

[num , den]=ss2tf(A ,B ,C ,D , iu ) %iu—表示输入的序号（对多输入系统）

[z, p ,k]=ss2zp(A ,B ,C ,D , iu ) %[z ,p ,k]—表示对第iu个输入信号的传递函数的零极点。

[A , B ,C ,D]= tf2ss (num , den)

[A , B ,C ,D]=zp2ss(z ,p ,k)

2、在MATLAB工具箱中，提供了子系统的连接处理函数：

1） series()函数：系统串联实现

格式：sys=series(sys1, sys2)

[A,B,C,D]=series(A

1,B

1

,C

1

,D

1

, A

2

,B

2

,C

2

,D

2

)

2） parallel()函数：系统并联实现。

格式：sys=parallel(sys

1, sys

2

)

3） feedback()函数：系统反馈连接

格式：sys=feedback(sys

1, sys

2

)

sys=feedback(sys

1, sys

2

,sign)

sign—定义反馈形式：正反馈，sign=+1；负反馈，sign=-1

3.控制系统根轨迹绘制

1 rlocfind():计算给定根的根轨迹增益

格式：①[k,poles]=rlocfind(sys)

②[k,poles]= rlocfind(sys,p)

①在LTI对象的根轨迹图中显示出十字光标，当用户选择其中一点时，其相

应的增益由k记录，与增益相关的所有极点记录poles中。若要使用该函

数，必须首先在当前窗口上绘制系统的根轨迹。

②定义要得到增益的根矢量P，即事先给出极点。除了显示出该根对应的增

益以外，还显示出该增益对应的其它根。

2 rlocus() 函数：功能为求系统根轨迹。

：r locus(sys)--- 计算SISO开环LTI对象的根轨迹，增益自动选取。

(sys,k)---显式设置增益。

[r,k]= rlocus(sys)--- 返回系统的增益k（向量）和闭环极点r（向量），即对应于增益的闭环极点为r(i)。

4.控制系统频域分析基本方法

（1）Bode图：bode()函数

（2）Nyquist图：nyquist()函数

（3）稳定裕度计算：margin( )函数

综合应用：

A=[0 1 –1；-6 –11 6；-6 –11 5]；

B=[0 0 1]；

C=[1 0 0]；

D=0；

ω=logspace(-1,1)； [m,p]=bode(A,B,C,D,1,ω)

subplot(211),semilogx(ω,20*log10(m))； subplot(212),semilogx(ω,p)； [X,Y]=nyquist(A,B,C,D,1,ω); plot(X,Y)

[Gm ，Pm ，ωcg ，ωCP ]=margin(A,B,C,D) 5.线性系统时间响应分析 step( )函数---求系统阶跃响应 impulse( )函数：求取系统的脉冲响应 lsim( )函数：求系统的任意输入下的仿真

三、实验内容

练习A ：

1、表示下列传递函数模型,并转化成其他的数学模型

(1))523()1()66)(2(4)(2

332

2+++++++=S S S S S S S S S G >> k=4; >> a1=[1 2]; >> a2=[1 6 6]; >> b1=[1 0]; >> b2=[1 1]; >> b3=[1 3 2 5];

>> num=conv(conv(a2,a2),a1);

>> den=conv(conv(conv(conv(b2,b2),b2),b1),b3); >> k*tf(num,den) Transfer function:

4 s^

5 + 5

6 s^4 + 288 s^3 + 672 s^2 + 720 s + 288 -----------------------------------------------------

s^7 + 6 s^6 + 14 s^5 + 21 s^4 + 24 s^3 + 17 s^2 + 5 s 传递函数模型转状态空间模型： >> [A B C D]=tf2ss(num,den)

A = -6 -14 -21 -24 -17 -5 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 B = 1 0 0 0 0 0 0

C = 0 1 14 72 168 180 72

D = 0

传递函数转零极点增益模型： >> [z p k]=tf2zpk(num,den) z = 0 -4.7321 + 0.0000i -4.7321 - 0.0000i -2.0000 -1.2679 -1.2679 p = -2.9042 -0.0479 + 1.3112i -0.0479 - 1.3112i -1.0000 -1.0000 + 0.0000i -1.0000 - 0.0000i k = 1

(2) )

52(2

4)(3

++-=

S S S S G >> a1=[4 -2]; >> b1=[1 0 2 5]; >> num=a1; >> den=b1; >> tf(num,den) Transfer function: 4 s - 2 ------------- s^3 + 2 s + 5

传递函数模型转状态空间模型： >> [A B C D]=tf2ss(num,den) A = 0 -2 -5 1 0 0 0 1 0 B = 1

0 0

C = 0 4 -2

D = 0

传递函数转零极点增益模型： >> [z p k]=tf2zpk(num,den) z = 0 0 0.5000

p = 0.6641 + 1.8230i 0.6641 - 1.8230i -1.3283 k =4

(3))

2)(12(1

)(++=

S S S G

>> a1=1; >> b1=[2 1]; >> b2=[1 2]; >> num=a1;

>> den=conv(b1,b2); >> tf(num,den) Transfer function: 1 --------------- 2 s^2 + 5 s + 2

传递函数模型转状态空间模型： >> [A B C D]=tf2ss(num,den) A = -2.5000 -1.0000 1.0000 0 B = 1 0 C = 0 0.5000 D = 0

传递函数转零极点增益模型： >> [z p k]=tf2zpk(num,den) z = 0 0 p = -2.0000 -0.5000 k = 0.5000

2.已知某负反馈系统的前向通路传递函数为 ，反馈通路传递函数

为 。绘制系统的单位阶跃响应曲线，并计算上升时间，峰值时间，超调

1

10

2-s s 3.01+

大地测量学实验指导书汇总

《大地测量学基础》实验指导书 XXX大学土木工程系测绘工程教研室 2010年7月

第一部分：实验与实习须知 控制测量学是测绘工程专业一门践性很强的专业主干课程，其实验与实习是教学中必不可少的重要环节。只有通过实验与实习，才能巩固课堂所学的基本理论，进而掌握仪器操作的基本技能和测量作业的基本方法，并为深入学习测绘专业理论和有关专业知识打下基础。在进行实验之前，必须明确实验的基本规定，了解仪器的借还手序及仪器的保护、保养等知识，做到爱护仪器，达到实习之目的，防患于未然。 实验与实习规定 1．在实验或实习之前，必须复习教材中的有关内容，认真仔细地预习本指导书，以明确目的、了解任务、熟悉实验步骤和过程、注意有关事项并准备好所需文具用品。 2．实验或实习分小组进行，组长负责组织协调工作，办理所用仪器工具和借领和归还手续。 3．实验或学习应在规定的时间进行，不得无故缺席或迟到早退；应在指定的场地进行，不得擅自改变地点或离开现场。 4．必须遵守“测量仪器工具的借领与使用规则”和“测量记录与计算规则”。 5．应该服从教师的指导，严格按照本指导书的要求认真、按时、独立地完成任务。每项实验或实习，都应取得合格的成果，提交书写工整规范的实验报告或实习记录，经指导教师审阅同意后，才可交还仪器工具，结束工作。 6．在实验或实习过程中，还应遵守纪律，爱护现场的花草、树木和农作物，爱护周围的各种公共设施，任意砍折、踩踏或损环者应予赔偿。 测量仪器工具的借领与使用规则 对测量仪器工具的正确使用、精心爱护和科学保养，是测量人员必须具备的素质和应该掌握的技能，也是保证测量成果质量、提高测量工作效率和延长仪器工具使用寿命的必要条件。在仪器工具的借领与使用中，必须严格遵守下列规定。 一、仪器工具的借领 1．在指定的地点凭学生证办理借领手续，以小组为单位领取仪器工具。 2．借领时应该当场清点检查。实物与清单是否相符，仪器工具及其附件是否齐全，背带及提手是否牢固，脚架是否完好等。如有缺损，可以补领或更换。 3．离开借领地点之前，必须锁好仪器箱并捆扎好各种工具；搬运仪器工具时，必须轻取轻放，避免剧烈震动。 4．借出仪器工具之后，不得与其他小组擅自调换或转借。

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

测量学实验指导书

题目 1、水准仪的认识 2、水准线路（闭合）测量 3、水准仪的检验校正 4、经纬仪的认识 5、水平角，竖直角观测 6、经纬仪的检验校正 7、控制测量 8、地形图的测绘 实验一水准仪的认识 一、目的 1、认识Ｓ3 级水准仪各部分的构造； 2、练习水准仪的使用方法。 二、实验内容 1、了解Ｓ3级水准仪各个部分、各个螺旋的名称、作用和操作方法； 2、练习水准仪的安置、整平； 3、练习望远镜的使用和在望远镜中读标尺的方法； 4、练习计算两点高差的方法。 三、实验组织和实验用具 3～4人/组。 每组借用：Ｓ3 级水准仪1台，记录板1块，水准尺1根。 每人自备：实验报告，铅笔，小刀。 四、实验步骤和要求 1、各组把仪器安置在指定的地点，面向预先安置好水准尺。 2、首先熟悉一下水准仪的构造，各部分的名称、作用和操作方法。 3、练习用圆水准器安平仪器，用望远镜照准标尺，用微倾螺旋使汽泡符合，依次读取Ａ、Ｂ两点水准尺的读数，并计算A、B两点间的高差ｈAB 。 4、每人轮流做一遍。第二人开始工作时，改变一下仪器高。 5、填写实验记录表，每人交1份。 五、注意事项

1、三脚架要安置稳妥，高度适当，架头接近水平，伸缩腿螺旋要旋紧。 2、用双手取出仪器，握住仪器坚实部分，要确认已装牢在三脚架上以后才可放手，仪器箱盒要随即关紧。 3、掌握正确操作方法，特别是用圆水准安平仪器和使用望远镜的方法。 4、要先认清水准尺的分划和注记，然后练习在望远镜内读数。 5、要爱护仪器，注意“测量仪器使用规则”。 6、要重视记录，注意“测量资料记录规则”。 实验二等外水准测量 一、目的 1、练习五等水准测量的施测方法与记录及计算方法； 2、进一步练习水准仪的正确使用方法。 二、实验内容 1、选一平坦地段测量一水准支线； 2、作出详细记录，并计算出测点间的高差和测点高程，以及水准路线的闭合差。 三、实验组织和实验用具 3人一组：1人观测，1人扶尺，1人记录。 每组借用：Ｓ3级水准仪1台，水准尺1根，尺垫1 个，记录板1块。 每人自备：实验记录纸，铅笔，小刀。 四、实验步骤和要求 1、设立两水准点BM1、BM2，并假定的BM1高程。两水准点间的长度，以安置2～3个测站为宜。 2、从BM1出发测到BM2，再返测到BM1。 3、计算出高差和闭合差，用?ｈ和?（后视读数）-?（前视读数）进行检核计算，最后求出BM2的高程。 4、容许闭合差按（毫米）计算，Ｌ为两水准点间单程路线之长（以公里计）。每人完成一个往返，不合格者重测，每人填写一份记录。 五、注意事项 1、注意水准测量进行的步骤，严防水准仪和水准尺同时移走。 2、要选择好测站和转点的位置，尽量避开行人和车辆的干扰，保持前后视距离相等，视线长不超过100米，最小读数不小于0.30米。 3、水准尺要立直，用黑面读数。已知水准点上立尺不用尺垫，转点要选择稳固可靠的点，用尺垫时要踩实。 4、置镜时必须保持架头基本水平，脚螺旋基本等高。后前视读数间不用调节园水准器。

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）；）；

水准仪的使用(实验一)

GPS应用与控制测量技术 实验指导书 实验名称： 学院（系）： 班级： 学号： 姓名：

实验一：水准仪的使用 一实验目的 1、了解DS3级水准仪的构造及各部分的名称和作用 2、掌握水准仪使用的基本操作 3、练习水准尺读数 二、实验准备 （1）实验仪器准备 每组：水准仪一台、水准尺两把、记录板一块，尺垫两个。 （2）理论知识准备 水准测量的仪器及工具，水准仪的使用，水准测量的读读数方法。 （3）实验应注意问题 1、持尺者将水准尺立于地面一点，尺的零点在下，尺面对向望远镜。 2、水准尺读数应读至毫米，注意消除十字丝视差。 3、每次读数前要转动微倾螺旋使符合气泡吻合。 三、实验步骤 1、安置水准仪： 测量仪器所安置的地点称为测站。打开三脚架，使其高度适中，架头大致水平，牢固地架设在地面上。然后打开仪器箱（记清仪器各部件位置，以便装箱时按原来位置放置），双手握基座取出仪器，放在三脚架上，用连接螺旋将水准仪固连在三脚架上。用手推一下仪器，检查仪器是否真正连接牢固。 2、熟悉仪器： 认识水准仪构造及各部分的名称、作用。 3、粗略整平： （1）置圆气泡于两脚螺旋之间（或于一脚螺旋上方），转动这两个脚螺旋使圆气泡在这两脚螺旋方向居中（气泡移动方向与左手大姆指旋转方向一致）。 （2）转动第三个脚螺旋使圆气泡居中，反复练习几次。 4、瞄准对光： （1）将望远镜对向明亮的背景（白墙或白纸），转动目镜对光螺旋使十字丝看得非常清晰。 （2）松开制动螺旋，用镜筒上的准星瞄准水准尺（立水准尺在离水准仪约

30米处），拧紧制动螺旋。 （3）转动物镜对光螺旋，使水准尺的像十分清晰，然后眼睛在目镜上下作微小移动，观察水准尺与十字丝面是否有相对移动。若有，则存在视差，为此，可反复调节对光螺旋，直到视差消除为止。 （4）旋转微动螺旋，使水准尺的象靠近十字丝的纵丝。 5、精确整平： 旋转微倾螺旋，使符合水准气泡两端吻合（即气泡居中）。 6、读数： （1）先认清水准尺的刻划和注记形式，以免读错。 （2）按中丝在水准尺上读数。读数时，应从小往大读取，并估读到毫米。四、实验报告 要求： （1）完成下列实验内容理论知识 （2）将实验测量数据填入水准测量手簿 理论知识 1、图（a）中水准尺的读数是mm, （b）中水准尺的读数是mm。 2、望远镜的视准轴是（）。 A、目镜光心与物镜光心的连线 B、十字丝交点与物镜中心的连线 C、十字丝交点与物镜光心的连线 D、目镜中心与物镜中心的连线 3、使用水准仪时，使圆水准器和水准管气泡居中，作用是分别达到( )。A．视线水平和竖轴铅直B．精确水平和粗略水平 C．竖轴铅直和视线水平D．粗略水平和横丝水平 4、水准测量当后视读数为1.223米,前视读数为1.974米,则两点的高差为（）。 A、0.751米 B、-0.751米 C、3.198米 D、-3.198米 5、水准测量时，为什么要求前、后视距相等？

《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

控制测量作业指导书

控制测量作业指导书(一)施工控制测量工艺流程图

（二）施工控制测量方法及要求 本作业指导书是针对施工控制测量的特点和作业需要编写的，服务范围是二等以下施工平面控制网、平高控制网、高程控制网的建立和控制点加密。使用本指导书进行测量作业，应遵守《国家三角测量规范》、《国家一、二等水准测量规范》、《国家三、四等水准测量规范》、《水利水电工程施工测量规范》等规程规范。如业主有特殊要求的，按业主要求执行。 一、准备工作 1．收集资料 1.1广泛收集测区及其附近已有的控制测量成果和地形图资料。 (1)控制测量资料包括成果表、点之记、展点图、路线图、计算说明和技术总结等。收集资料时要查明施测年代、作业单位、依据规范、平高系统、施测等级和成果的精度评定。 成果精度指三角网的高程、测角、点位、最弱边、相对点位中误差； 水准路线中每公里偶然中误差和水准点的高程中误差等。 (2)收集的地形图资料包括测区范围内及周边地区各种比例尺地形图和专业用图，主要查明地图的比例尺、施测年代、作业单位、依据规范、坐标系统、高程系统和成图质量等。 (3)如果收集到的控制资料的坐标系统、高程系统不一致，则应收集、整理这些不同系统间的换算关系。 1.2收集合同文件、工程设计文件、业主（监理）文件中有关测量专业的技术要求和规定。 1.3准备相应的规范：《国家三角测量规范》、《国家一、二等水准测量规范》、《国家 三、四等水准测量规范》、《GPS测量规范》、《水利水电工程施工测量规范》。 2.现场踏勘 携带收集到的测区地形图、控制展点图、点之记等资料到现场踏勘。踏勘主要了解以下内容： 2.1原有的三角点、导线点、水准点、GPS点的位置，了解觇标、标石 和标志的现状，其造标埋石的质量，以便决定有无利用价值。 2.2原有地形图是否与现有地物、地貌相一致，着重踏勘增加了哪些 建筑物，为控制网图上设计做准备。 2.3调查测区内交通现状，以便确定合理的高程测量方案，测量时选择适 当的交通工具。 2.4现场踏勘应作好记录，并编写踏勘报告。 3.技术设计 技术设计是根据工程建设项目的规模和对施工测量精度的要求，及合同、业主和监理的要求，结合测区自然地理条件的特征，选择最佳布网方案和观测方案，保证在规定期限内多快好省地完成生产任务。 3.1技术设计必须包括下列主要内容： 3.1.1任务概述：说明工程建设项目的名称、工程规模、来源、用途、测区范围、地理位置、行政隶属、任务的内容和特点、工作量以及采用的技术依据。

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

测量学实验指导书模板

《测量学》 实验教学指导书 课程编号: XXXXXXX 撰写人: 刘正才 审核人: 湘潭大学 土木工程与力学学院 二○○七年十二月二十八日

前言 一、实验总体目标 《测量学》实验教学是将理论知识和实践相结合的重要教学环节, 重在培养土木工程专业本科学生关于工程测量上的测、算、绘等基本技能。《测量学》实验教学共包括十二个实验, 其中验证性实验8个, 演示性实验2个和综合性实验2个, 涵盖了《测量学》课程的水准测量、角度测量、距离测量与直线定向、全站仪及GPS的使用、小地区控制测量、地形测量和建筑施工测量等知识面的主要的实验性教学环节, 是实习前必须的教学过程。 二、适用专业年级 适用于土木工程专业本科第二年级( 第4学期) 的学生。 三、先修课程 高等数学、画法几何、大学物理、计算机文化基础、工程数学等。 四、实验项目及课时分配

五、实验环境 根据我校招生规模, 每届有土木工程专业学生6个班, 约200人。以分2个批次进行测量学实验为原则, 需配备: DJ6级光学/或电子经纬仪30台, 其中实时可用的20台, 备用10台; DS3级水准仪30台, 其中实时可用者20台, 备用10台; 供演示用的全站仪多套, GPS接收机一套; 应配备带空调和抽湿机等电器设备的仪器室和仪器维修室, 还应有其它配套工具和设备等。 六、实验总体要求 经过实验教学, 达到以下几点总体要求: 1、让学生掌握常见测量仪器( 经纬仪、水准仪等) 的使用、记录和手薄计算方法; 2、让学生理解常见测量仪器的检验校正方法; 3、让学生掌握水准测量、角度测量、距离测量和地形测量等基本方法、操作程序和限差要求; 4、让学生理解和掌握建筑物轴线交点的放样的基本方法、操作程序和限差要求。 七、本课程实验的重点、难点及教学方法建议 本课程实验的重点: 经纬仪、水准仪、全站仪等常见测量仪器的操作和使用。 本课程实验的难点: 经纬仪的操作、地形测量和建筑物轴线的测设。 教学方法建议: 1、加强实验室建设, 增加一些现场常见的仪器, 如全站仪、GPS接收机等;

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。