1、自动控制原理课内实验教学大纲实验课名称：自动控制原理课内实验 开课学期：第 5 学期课 程 性 质 ： 专 业 核心（课内） 学 分：1实验总学时：36 开课单位：电子信息工程教研室开设实验项目数：9 考核方法：实验+考查成绩 30%实验名称 一、基于 MATLAB 的控制系统时域分析 实验类型 验证性 实验学时 4实验目的 学习利用 MATLAB 进行控制系统的时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性。知识点和涉及的相关知识控制系统时域分析、MATLAB 的控制系统时域分析相关函数。设计任务与要求1、任务：利用 MATLAB 对控制系统进行时域分析。2、要求：（1）利用 M
2、ATLAB 求解控制系统传递函数的极点，并判断系统的稳定性；（2）利用 MATLAB 求解二阶系统的单位阶跃响应曲线，并测量最大超调量、峰值时间和上升时间等时域性能指标。实验名称二、基于 MATLAB 的控制系统根轨迹分析 实验类型 验证性 实验学时 4实验目的 利用计算机完成控制系统的根轨迹作图，了解控制系统根轨迹图的一般规律，利用根轨迹图进行系统分析。知识点和涉及的相关知识控制系统根轨迹作图方法、基于根轨迹的控制系统分析。设计任务与要求1、任务：利用 MATLAB 绘制控制系统根轨迹图并分析其性能。2、要求：（1）利用 MATLAB 绘制控制系统根轨迹图； （2）记录根轨迹的起点、终点与根
3、轨迹条数，确定根轨迹的分离会合点与相应的根轨迹增益，确定临界稳定时的根轨迹增益。实验名称 三、基于 MATLAB 的控制系统频域分析 实验类型 验证性 实验学时 4实验目的 利用计算机绘制开环系统的 Bode 图，观察记录控制系统的开环频率特性，控制系统的开环频率特性分析。知识点和涉及的相关知识Bode 图和 Nyquist 图的画法、 Nyquist 稳定性判据。设计任务与要求1、任务：利用 MATLAB 绘制开环控制系统的 Bode 图和 Nyquist 图并分析其性能。2、要求：（1）利用 MATLAB 绘制开环控制系统 Bode 图，计算稳定裕度； （2）利用 MATLAB 绘制开环控
4、制系统 Nyquist 图，并根据 Nyquist 稳定性判据判断闭环控制系统的稳定性。实验名称 四、用 MATLAB 分析设计一阶倒立摆控制系统 实验类型 设计性 实验学时 4实验目的1、掌握PID控制器的一般设计方法；2、掌握PID控制器的参数整定方法；3、理解 PID 各参数变化对系统性能的影响。知识点和涉及的相关知识控制系统建模、MATLAB 分析控制系统性能方法。设计任务与要求1、任务：建立一阶倒立摆控制系统的传递函数模型，利用 MATLAB 设计 PID控制器并分析其控制性能。2、要求：（1）利用物理机理方法建立一阶倒立摆系统的传递函数模型； （2）利用 MATLAB 设计 PID
5、 控制器；（3）利用 MATLAB 分析控制系统的时、频域特性。实验名称 五、典型环节及其响应 实验类型 验证性 实验学时 4实验目的 1、 掌握模拟控制实验的基本原理和一般方法；2、 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。知识点和涉及的相关知识典型环节的模拟、控制系统的时域指标，参数改变对系统性能的影响。实验内容1、 构成 6 种典型环节的模拟电路；（1） 、比例环节；（2） 、惯性环节；（3） 、积分环节；（4） 、微分环节；（5） 、比例微分环节；（6） 、比例积分环节2、分别测量 6 种典型环节的阶跃、斜坡、抛物线信号的响应；3、分析参数对系统性能的影响。实验名称 六、二阶系统阶跃响应及
6、控制系统稳 定性分析 实验类型 验证性 实验学时 4实验目的1、 研究二阶系统的特征参数 对系统动态性能的影响；n,2、 学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数；3、 观察系统的不稳定现象；4、研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。知识点和涉及的相关知识时域性能指标、 对系统性能的影响、劳斯判据、稳态误差等。n,实验内容1、 构成典型二阶系统并测量其阶跃响应；2、 改变参数 ，观察其阶跃响应（性能指标的变化） ；n,3、改变参数，观察模拟系统的响应，计算产生等幅、增幅、减幅振荡的条件。实验名称 七、系统频率特性测量 实验类型 验证性 实验学时 4实验目的1、 加深了解系统及元件频率特性的物理
7、概念；2、 掌握系统及元件频率特性的测量方法；（1） 伯德图（2） 奈氏图知识点和涉及的相关知识系统的频率特性、对数幅频和相频特性曲线、奈氏曲线。实验内容1、 建立模拟电路图；2、 写出传递函数；3、 观察频率特性曲线（1）伯德图（2）奈氏图4、比较理论值和实测值。实验名称 八、连续系统校正（串联超前校正） 、数字 PID 控制 实验类型 设计性 实验学时 4实验目的1、 理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用；2、 对给定的系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性；3、 研究 PID 控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响；4、研究 0 型、1 型系统及系统的稳态误差。知识点
8、和涉及的相关知识控制系统的校正原理、PID 控制原理、PID 控制器组成，参数变化对控制效果的影响。设计任务与要求连续系统串联超前校正：1、任务：设计超前校正系统结构图及超前校正电路图。2、要求：（1）通过调整参数能改善系统性能指标（ 等） 。%,pst（2）用虚拟示波器观察校正前、后的实验现象并打印输出结果。数字 PID 控制：1、 任务：设计被控对象是 0 型和 1 型的两个系统。2、 要求：（1）用 PID 控制器对其进行控制；（2）调节参数 ，观测其阶跃响应；dipk,（3）总结一种有效的选择 的方法，以最快的速度获得满意的参数。dip,实验名称 九、直流电机 PID 控制 实验类型
9、设计性 实验学时 4实验目的1、 了解直流电机转速闭环控制系统的组成和工作原理；2、 了解和掌握直流电机转速控制系统应用中，数字 PID 调节器控制参数的工程整定方法；3、 了解和掌握用 LabACT 实验箱实验直流电机转速数字 PID 被控过程；4、 观察和分析在直流电机转速 PID 控制系统中，PID 参数对系统性能的影响；5、 了解在直流电机转速 P ID 控制系统中，加扰动对系统性能的影响。知识点和涉及的相关知识闭环控制系统的组成和工作原理、数字 PID 控制原理及其控制器组成，PID参数变化及系统扰动对系统性能的影响。设计任务与要求直流电机 PID 控制：1、任务：设计直流电机 PID 控制系统结构图及 PID 控制系统电路图。2、要求：（1）通过调整 PID 控制参数改善系统性能指标并保证系统稳定性； （2）利用虚拟示波器观察在直流电机 PID 控制系统中加扰动对系统性能的影响，并打印输出结果。
