《自动控制原理》实验指导书

一、实验总则

1. 实验目的

《自动控制原理》是测控技术与仪器、生产过程自动化、自动控制技术等专业的重要专业基础课程。本实验指导书旨在配合理论教学，通过实验使学生加深对自动控制基本原理和方法的理解，掌握典型系统建模、分析、设计与仿真的基本技能，培养解决实际工程问题的能力。

1. 适用专业

本指导书适用于测控技术与仪器、生产过程自动化、自动控制技术研究及相关专业。

1. 实验要求

（1）实验前必须认真阅读理论教材和实验指导书，明确实验目的、原理、内容和步骤。
（2）实验过程中要严格遵守实验室规章制度，爱护仪器设备，注意安全。
（3）认真记录实验数据，撰写实验报告，要求数据真实、分析合理、结论正确。

二、实验项目

实验一 典型环节的模拟电路仿真

1. 实验目的

（1）掌握典型环节（比例、积分、比例积分、比例微分、惯性环节等）的模拟电路实现方法。
（2）通过示波器观察典型环节的阶跃响应曲线，验证其传递函数。

1. 实验设备与软件

模拟电路实验箱，示波器，信号发生器，Multisim仿真软件，MATLAB/Simulink。

1. 实验原理

利用运算放大器构成不同电路，实现典型环节的传递函数。例如：比例环节G(s)=K，积分环节G(s)=1/(Ts)等。

1. 实验内容与步骤

（1）在Multisim中搭建各典型环节的模拟电路。
（2）输入阶跃信号，观察并记录输出响应。
（3）改变参数，观察响应变化。
（4）在MATLAB中建立传递函数模型，进行仿真对比。

1. 实验报告要求

绘制实验电路图，记录实验数据，分析实验结果与理论差异。

实验二 二阶系统的时域响应分析

1. 实验目的

（1）掌握二阶系统时域响应的性能指标（超调量、调节时间、峰值时间等）。
（2）分析阻尼比和自然频率对系统响应的影响。

1. 实验设备与软件

MATLAB/Simulink，计算机。

1. 实验原理

二阶系统传递函数G(s)=ωn^2/(s^2+2ζωn s+ω_n^2)。

1. 实验内容与步骤

（1）建立二阶系统模型。
（2）改变阻尼比ζ和自然频率ω_n，观察阶跃响应变化。
（3）计算性能指标，与理论值比较。

1. 实验报告要求

绘制响应曲线，列出性能指标，分析参数影响。

实验三 控制系统的稳定性分析

1. 实验目的

（1）掌握稳定性判据（劳斯判据、奈奎斯特判据等）。
（2）利用MATLAB分析系统稳定性。

1. 实验设备与软件

MATLAB/Simulink。

1. 实验原理

系统稳定的充要条件是所有闭环极点位于左半平面。

1. 实验内容与步骤

（1）给定系统开环传递函数，绘制根轨迹、奈奎斯特图、伯德图。
（2）判断闭环系统稳定性，计算稳定裕度。
（3）改变增益，观察稳定性变化。

1. 实验报告要求

记录图形和数据，分析稳定性结论。

实验四 控制系统的设计（PID）

1. 实验目的

（1）掌握PID控制器的设计方法。
（2）研究PID参数对系统性能的影响。

1. 实验设备与软件

MATLAB/Simulink，仿真软件。

1. 实验原理

PID控制规律u(t)=Kp e(t)+Ki ∫e(t)dt+K_d de(t)/dt。

1. 实验内容与实验步骤

（１）建立控制系统模型，初步选择PID参数。
（２）细致调整参数，观察响应质量变化。
（３）对比是否满足超调量等项设计指标要求。

5 .仿真报告要求

给出过程曲线图形及相关参数选择情况讨论等。

实验五 超前校正装置专题—设计与实现运用(DESIGN ONE-LAG/LEAD COMPENSATOR).

１目的:熟悉使用频域方式进行过程动态模型设计超前相关指导装置应对实际问题解方式;规格参数间变换确定运算值求解过程.

２设施要求: 过程实验箱连线配备实物模拟组成.

原认识关联回忆经典演示推导重构启新..当下从新视角研究现代应用便捷工具途径手段(m软件功能较突出…)课堂回顾即可省略或直接实习完成一切以便适配更全面应用符合当前需求和实践需要.
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