第一篇：广工物联网自动控制原理实验报告
实验报告
课程名称
自动控制原理
_ 学生学院
自动化学院
_ 专业班级___物联网工程（4）班___ 学
号____________ 学生姓名_________________ 组
员_________________ 指导教师_______李顺祥 ________
2018 年 1 月
一．实验目的
1、用MATLAB的命令
2、掌握MATLAB有关传递函数求取其零、极点计算的函数
3、掌握用MATLAB求取系统的数学模型
二．实验软件环境
1、计算机
2、MATLAB软件
三．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果
>>p=[1,2,0,4];
构建特征多项式p(s)=s^3+3s^2+4的矩阵 >>r=roots(p)
求特征方程p(s)= p(s)=s^3+3s^2+4=0的特征根 >>p=poly(r)
从特征根构建特征多项式的矩阵
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果 >>numg=[1];deng=[500,0,0];
构建传递函数G(s)=1/500s^2的特征多项式 >>numc=[1,1];denc=[1,2];
构建传递函数Gc(s)=(s+1)/(s+2)的特征多项式
>>[num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc);
求G(s)Gc(s)>>[num,den]=cloop(num1,den1,-1)求开环传递函数G(s)Gc(s)的闭环传递函数
>>printsys(um,den)
输出传递函数
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果 >>num1=[6,0,1];den1=[1,3,3,1];
构建传递函数G(s)=(6s^2+1)/(s^3+3s^2+3s+1)的特征多项式 >>z=roots(num1);
求G(s)的零点 >>p=roots(den1);
求G(s)的极点 >>n1=[1,1];n2=[1,2];d1=[1,2*i];d3=[1,3];>>num2=conv(n1,n2)
求多项式(s+1)(s+2)>>den2=conv(d1,conv(d2,d3))
求多项式(s-2j)(s+2j)(s+3)>>printsys(num2,den2)
构建H(s)=(s+1)(s+2)/(s-2j)(s+2j)(s+3)>>num=conv(num1,den2);den=conv(den1,num2);构建G(s)/H(s)的特征多项式的矩阵
>>printsys(num,den)
输出以多项式表示的传递函数 >>pzmap(num,den),title(‘极点-零点图’)
输出传递函数的极点和零点图
4、求反馈联接系统的传递函数
命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后果 >>numg=[1];deng=[500,0,0];
构建传递函数G(s)=1/500s^2的特征多项式 >>numh=[1,1];denh=[1,2];
构建传递函数H(s)=(s+1)/(s+2)的特征多项式 >>[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh)>>printsys(num,den)
5、自行利用MATLAB命令求取以下系统传递函数，并记录下结果
四．实验的结果及分析1、2、3、4、5、五．实验心得体会 通过本实验，我了解了基本的Mathlab指令，也让我认识到了mathlab的强大。还有通过本实验我主要了解了如何使用matlab指令求解传递函数以及其零极点，较为基础，但十分重要，为后面实验的开展打下基础。
一．实验目的
1、掌握MATLAB对系统进行时间响应分析
2、掌握一节惯性系统以及二阶系统的时间响应特征以及系统性能与系统参数之间的关系
二．实验软件环境
3、计算机
4、MATLAB软件
三．实验内容
1、使用MATLAB求一阶惯性系统的单位阶跃响应曲线。
系统传递函数：
在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果 >>t=[0:.5:5];>>y=1-exp(-2*t);>>plot(t,y’r’);>>axis[0 5 0 1.1];>>set(gca,’ytick’,0:.1:1.1);>>title(‘y(t)=1-exp(-2t)’);>>xlabel(‘t’);>>ylabel(‘y(t)’);>>grid 若系统传递函数：G(S)=10/s+1 自行编制在命令窗口运行命令，求其单位阶跃响应，并与上面的结果进行比较
2、使用MATLAB求二阶系统的单位阶跃响应曲线。系统传递函数如下：
在命令窗口如下运行命令，并记录各命令运行后结果 >>sysms s for zeta=[0:0.2:0.8,1:0.5:2] wn=0.4;wn=sym(num2str(wn));zet=sym(num2str(zeta));if zeta==0
figure(1)ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s^2+wn^2)),[0 80]);grid on title(‘xi=0’)elseif zeta==1 figure(2)ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s+wn)^2),[0 80]);
hold on;else
figure(2)
ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s^2+2*zeta*wn^2)),[0 80]);
hold on;end end grid on;title(‘xi:0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5,2.0’)axis([0 80 0 1.8])gtext(‘0.4’)gtext(‘1.0’)gtext(‘2.0’)
四．实验的结果及分析1、2、五．实验心得体会
做完了这次实验，我对如何使用Matlab对系统进行时域分析有了进一步的了解，包括对一阶和二阶系统，这是对系统分析的重要步骤。
一．实验目的
1、掌握MATLAB平台下绘制典型环节及系统开环传递函数的Bode图和Nyquist图（极坐标图）的方法
2、掌握利用Bode图和Nyquist图对系统性能进行分析的理论和方法
二．实验软件环境
5、计算机
6、MATLAB软件
三．实验内容
1、作各自典型环节的Bode图和Nyquist图，参数自定（1）比例环节
（2）积分环节
（3）惯性环节
（4）震荡环节
2、开环传递函数如下
作Bode图和Nyquist图：求取幅值裕度和相角裕度，据此判断闭环系统稳定性与相对稳定性；按Nyquist稳定盘踞判断闭环系统的稳定性。
四．实验的结果及分析
1、(1)
(2)
(3)
(4)
2、五．实验心得体会
本实验主要了解Matlab软件的使用以及使用matlab指令求传递函数的频率响应，了解各典型环节的频率响应，并求出某一开环传递函数的伯德图，通过其幅值裕量和相角裕量，判断系统的稳定性。这是一整个对系统进行频域分析的步骤，十分重要！
第二篇：自动控制原理实验报告
北京交通大学
自动控制原理研究性学习报告
——基于MATLAB软件的系统建模分析与校正
谭堃15221309 田斌15221310 努尔夏提15221305 张雪程13222028
摘要
本文利用MATLAB软件来实现对自动控制系统建模、分析与设计、仿真的方法。它能够直观、快速地分析系统的动态性能、和稳态性能。并且能够灵活的改变系统的结构和参数通过快速、直观的仿真达到系统的优化设计。
关键词：MATLAB，自动控制，系统仿真
1.主要任务
单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为
G(s)=4K/s(s+2)
1、画出未校正系统的Bode图，分析系统是否稳定。
2、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。
3、设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标：（1）静态速度误差系数Kv＝20s-1；（2）相位裕量γ≥50°（3）幅值裕量Kg≥10dB。
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc、相位裕量γ。
6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。
2.理论分析
（1）确定K值
Kv=limsWk =2k=20 所以K = 10（2）校正前系统的开环对数幅频特性如图实线所示。
由A(wc)=20/[wc√(1+(wc/2)^2]=1;
得wc≈6.32；
γ(wc)=180˚+ɸ(wc)=90˚-72.4˚=17.6˚
可见相位裕量并不满足要求，为不影响低频段特性和改善暂态响应性能，采用引前矫正。
（3）设计串联微分校正装置：
微分校正环节的传递函数为
Wc(s)=(Tds+1)/[(Tds/γd)+1);最大相位移为
ɸmax=arcsin[(rd-1)/(rd+1)] 根据系统相位裕量γ(wc)≥50˚的要求，微分矫正环节最大相位移为
ɸmax≥50˚-17.6˚=32.4˚
考虑Wc’≥Wc,原系统相角位移将更负些，故ɸmax将更大些，取ɸmax=40˚，即有
Sin40˚=(γd-1)/(γd+1)=0.64解得γd=4.6 设校正后的系统穿越频率Wc’为矫正装置两交接频率w1与w2的几何中点。即
Wc’=√w1w2=w1√rd 若认为Wc’/w1>>1,Wc’/w2<<1,则得
A(wc’)=1≈20wc’/(wc^2/2)解得w1≈4.32;w2≈19.87;wc’≈9.26。所以校正装置的传递函数为
Wc(s)=(s/4.32+1)/[(s/19.87)+1);（4）验算校正后系统指标
Wk’(s)=20(s/4.32+1)/[s(s/2+1)(s/19.87+1)] 同理，代入数值得校正装置的相位裕量为γ(wc’)=52.4˚ 另ɸ(wj)=-180˚,可得出系统穿越频率wj→∞;所以一定满足
GM=20lg[1/（wk’(jwj)]≥10dB(三)MATLAB仿真
(1)时域分析
1.校正前系统的暂态响应曲线如图：
-图1 系统单位阶跃相应
计算结果：
pos(超调量)=60.46%、、tp(峰值时间)= 0.5s、tr(上升时间)=1.8s，ts(调节时间)=3.7s 由图可知：校正前系统的的调节时间较长，超调量过大。
3.校正后系统的暂态响应曲线如图
图2系统单位阶跃相应
计算结果：
pos(超调量)=15.88%、、tp(峰值时间)= 0.3s、tr(上升时间)=0.2s，ts(调节时间)=0.6s
系统的暂态响应与校正前相比有较大改善。该系统依然稳定，而且反应更加快速，应采用。
(2)根轨迹
校正前系统的根轨迹如图
校正后系统的根轨迹如图：
校正前后根轨迹对比
(3)对数频率特性
校正前系统的开环对数频率特性如图实线所示：
图1 系统对数频率特性曲线
相位裕量γ=17.6
穿越频率=6.32rad/s微分校正环节的对数频率特性如图所示：
校正后系统的开环对数频率特性如图所示：
相位裕量γ=52.4穿越频率=9.26rad/s
对比图
(4)幅相频率特性
校正前系统的开环幅相频率特性如图所示：
图7 系统幅相频率特性曲线
校正后系统的开环幅相频率特性如图所示：
对比图
四、程序附录（1）时域分析
clear
t=0:0.1:5;s=[184 794.8];d=[1 21.87 233.7 794.8];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:51 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;end end
tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:51 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end
tr1=(m-1)*0.1;for i=51:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end
ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]
clear t=0:0.1:10;s=[40];d=[1 2 40];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:101 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;
end end
tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:101 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end
tr1=(m-1)*0.1;for i=101:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end
ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]
（2）对数频率特性 clear s1=[0.23 1];d1=[0.05 1];s2=[40];d2=[1 2 40];s3=[184 794.8];d3=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);sys3=tf(s3,d3);figure(1)bode(sys1,sys2,sys3)
（3）根轨迹 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)rlocus(sys1,sys2)
（4）幅相频率特性 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)nyquist(sys1,sys2)
总结
本次研究性学习的内容主要是建立自动控制系统并运用MATLAB软件对设计的自动控制系统进行仿真，其中涉及了关于自动控制方面的很多知识，也有关于数学建模方面的知识以及MATLAB软件的应用，此次研究性学习建立了卫星姿态的自动控制。
在此次设计过程中遇到了很多问题，也接触到了很多以前不知道的知识，特别是之前很少接触过MATLAB软件，这让本次设计一度陷入停滞阶段。后来在图书馆和网络上查阅了大量的相关书籍，并在同学的细心指导下安装了MATLAB软件并学习其使用方法，从而使问题一步步得到了解决，最终成功的完成了此次研究性学习。
第三篇：物联网实验报告
物联网实验
实验一 基础实验 1.1 串口调试组件实验
1.1.1 实验目的
在程序开发过程中，往往需要对编写的代码进行调试，前面介绍了通过LED进行调试的方法，该实验主要是介绍串口调试的方式。本实验通过一个简单的例子让读者学会串口调试编写的代码。1.1.2 实验原理
串口调试的语句格式为，ADBG(x, args„), 其中x为调试级别。我们在Makefile中定义一个默认级别，在写代码的时候只有x不小于Makefile中定义的默认级别时，该语句才能被输出到串口，args„为打印的内容，具体的格式和c语言中printf相同。ADBG(„.)语句实际上是通过CC2430的串口Uart0输出打印语句的。1.1.3 实验步骤
1.将基站同电脑用烧录线连接好，打开基站的开关，同时将基站的烧录开关拨上去
2.用串口线将基站和PC机器连接起来
3.打开串口助手（串口助手在光盘中的目录为 $（光盘目录）辅助工具串口助手），波特率设置为9600，其中串口号要根据自己的情况选择，点击【打开串口】。
4.打开Cygwin开发环境
5.在Cygwin界面中执行cd apps/Demos/Basic/ SerialDebug，进入到串口调试实验目录下。
6.在串口调试代码目录下执行make antc3 install，进行编译和烧录。7.烧录成功后，实验现象为串口有内容输出，输出内容如下图。
1.1.4 继续实验
通过级别控制，使得某些调试语句没有被输出到串口 修改方案：
如实验原理说讲ADBG(x, args„)，x是调试级别，当x小于makefile文件定义的默认级别时，此ADBG语句将不被执行。所以可以做如下修改： „„„„
#define DBG_LEV 3000 #define RPG_LEV 2000 „„„„
ADBG(DBG_LEV, “rnrnDEMO of Serial Debugrn”, 'x');ADBG(DBG_LEV, “1.This is a string, and this is char '%c'rn”, 'x');ADBG(DBG_LEV, “2.NUM1: HEX=0x%x, DEC=%drn”,(int)(num1),(int)(num1));ADBG(RPG_LEV, “2.NUM2: HEX=0x%lx, DEC=%ldrn”,(uint32_t)(num2),(uint32_t)(num2));ADBG(RPG_LEV, “3.FLOAT: %frn”, float1);„„„„
这样，第4句和第5句就不会输出。输出内容如下图所示：
1.1.5 碰到的问题 第一次将基站同电脑用烧录线连接起来时，电脑会无法识别此USB设备。这样就不能把程序烧录到基站和节点当中。需要先在PC机上安装此USB设备的驱动程序。具体操作是在设备管理器当中，双击图标有感叹号的设备，点击更新驱动程序，路径为：F:实验室软件物联网驱动程序。1.1.6 心得体会 本实验属于验证性实验，比较简单，代码也浅显易懂。主要通过此实验学习了如何通过串口对程序进行调试，这个调试功能是分级别调试的，只有调用处的调试级别不小于makefile中定义的调试级别的时候才会被输出到串口。
1.2 串口组件通信实验
1.2.1 实验目的
能够掌握CC2530中的串口的通讯功能，包括串口的发送功能和接受功能以及串口波特率设置功能。为今后的综合实验打下基础。1.2.2 实验原理
平台提供了串口通信模块组件PlatformSerialC，该组件提供了三个接口：StdControl、UartStream以及CC2530UartControl，其中，StdControl用于控制串口通信模块的开关，UartStream提供了串口收发功能；CC2530UartControl接口用于设置串口通信得到波特率。其中UartStream的实现，实际上是在串口层做了一个缓冲，每次将发送缓冲器的数据一个字节一个字节地往串口发送，最终达到串口的连续传输。1.2.3 实验步骤
1.将基站同电脑用烧录线连接好，打开基站的开关 2.用串口线将基站和PC机器连接起来
3.打开串口助手（串口助手在光盘中的目录为 $（光盘目录）辅助工具串口助手），波特率设置为9600，其中串口号要根据自己的情况选择，点击【打开串口】。
4.打开Cygwin开发环境
5.在Cygwin界面中执行cd apps/Demos/Basic/ SerialIO，进入到串口通讯实验目录下。
6.在串口通讯代码目录下执行make antc3 install，进行编译和烧录。7.烧录成功后，实验现象为串口有内容输出。
8.根据串口输出的提示进行操作，串口提示为按下键盘【1】，基站的蓝灯会闪烁一下，按下键盘【2】，基站的黄灯会闪烁一下。如果是其它按键，串口会提示“Error key”，如下图。
1.2.4 继续实验
实现一个串口实验，在串口助手中实现回显的功能。修改方案：
在task void lightLED()函数当中，当 m_echo_buf==’1’ 和
m_echo_buf==’2’ 时其各自的ADBG语句后面都多加一句 post showMenuTask();
task void lightLED()
{
if(m_echo_buf=='1'){
} else if(m_echo_buf == '2'){
} else { ADBG(DBG_LEV, “Error Key %crn”, m_echo_buf);LED_YELLOW_TOGGLE;/* 切换黄色LED灯 */ ADBG(DBG_LEV, “You choose to toggle YELLOW LEDrn”);post showMenuTask();LED_BLUE_TOGGLE;/* 切换蓝色LED灯 */ ADBG(DBG_LEV, “You choose to toggle BLUE LEDrn”);post showMenuTask();
} } post showMenuTask();调试结果：
1.2.5 碰到的问题 此实验相对比较容易，基本无碰上什么问题。
1.2.6 心得体会 此实验的代码看起来是挺容易读懂的，但是在编程实现上缺没有那么容易。TinyOS系统事先已经将串口的发送和接受功能封装成接口来让我们调用，为我们使用串口的功能提供的极大的便利。这是nesC的一大优势。提供各式各样的内部组件也为我们做物联网的开发应用节省了许多编程上的时间。
1.3 Flash组件读写实验
1.3.1 实验目的
掌握CC2530芯片Flash的读写操作，同时为后面的综合实验做准备。1.3.2 实验原理
Flash存储器具有非易失的特点，即其存储的数据掉电后不会丢失。因此常用来存储一些设备参数等。
Flash存储器的组织结构为：每页2KB，共64页（CC2530-F128）。Flash存储器的写入有别于RAM、EEPROM等其他存储介质，写Flash时，每bit可以由1变为0而不能由0变为1，必须分页擦除后才能恢复全“1”。因此，需要修改某页中的部分字节时，需要将本页中用到的所有数据读出到RAM空间中修改，然后擦除本页，再将RAM中的数据写入。
CC2530中使用Flash控制器来处理Flash读写和擦除。使用DMA传输和CPU直接访问SFR都可以配合Flash控制器完成写Flash等操作。
DMA写Flash：需要写入的数据应存于XDATA空间，其首地址作为DMA的源地址，目的地址固定为FWDATA，触发事件为FLASH。当FCTL.WRITE置“1”时触发DMA，传输长度应为4的整数倍，否则需要补充；选择字节传输，传输模式为单次模式，选择高优先级。1.3.3 实验步骤
1.将基站同电脑用烧录线连接好，打开基站的开关 2.用串口线将基站和PC机器连接起来 3.打开串口助手 4.打开Cygwin开发环境
5.在Cygwin开发环境中执行cd apps/Demos/Basic/Flash 6.在Flash目录下执行make antc3 install，进行软件的编译和烧录 7.烧录成功后，串口有内容输出，具体如下图
1.3.4 继续实验
自己定义一个结构体，并且将结构体的内容写入到0x1fff8，并且在写完后将结构体的数据读取出来通原始数据进行比较。
修改方案：
将数组ieee2 改为结构体，在结构体里面定义一个数组。
struct Super{
};uint8_t ieee[8] = {0};uint8_t ieee1[8] = {7,2,4,11,21,3,92,1};task void initTask(){
uint8_t i;struct Super super;for(i=0;i<8;i++){ } ADBG(DBG_LEV, “read now n”);
call HalFlash.erase((uint8_t*)0x1fff8);for(i=0;i < 8;i+=4){ } call HalFlash.write((uint8_t*)(0x1FFF8+i),(&super.num+i), 4);super.num[i] = ieee1[i];uint8_t num[8];
} call HalFlash.read(ieee,(uint8_t *)0x1FFF8, 8);ADBG(DBG_LEV, “read ok.n”);for(i=0;i < sizeof(ieee);++i){ } ADBG(DBG_LEV, “super.num[%d]=%dn”,(int)i,(int)ieee[i]);
调试结果：
1.3.5 碰到的问题 在做继续实验的时候，原本想，像对数组初始化那样直接给结构体里面的数组赋初值，但是如果这样做了，在编译的时候就会出现错误。在定义结构体类型的时候不能给结构体内定义的数组赋初值，在定义好结构体变量后，也不能直接给该结构体变量的数组变量赋初值。最保险的方法就是对机构体变量的数组变量挨个赋值。1.3.6 心得体会
这次实验学习了Flash存储器读写的基本原理，并通过了实验来验证对Flash存储器的基本操作实现。这次实验相对比较容易，就是在做继续实验的时候对nesC的结构体的基础知识了解不够深而卡了一小会儿。这些基础实验虽然比较简单，但是在之后的综合实验上会经常使用到，为后面的综合实验做准备。实验二 点对点通信实验
2.1 实验目的
1.了解节点对点通信过程
2.学会ATOS平台通讯模块（ActiveMessage）的使用 2.2 实验原理
本实验使用TinyOS中的活动消息（ActiveMessage）模型实现点对点通信，活动模型组件ActiveMessageC包含了网络协议中路由层以下的部分。在ATOS平台下，ActiveMessageC包含的主要功能有：CSMA/CA、链路层重发、重复包判断等机制。其中，CSMA/CA机制使节点在发送数据之前，首先去侦听信道状况，只有在信道空闲的情况下才发送数据，从而避免了数据碰撞，保证了节点间数据稳定传输；链路层重发机制是当节点数据发送失败时，链路层会重发，直到发送成功或重发次数到达设定的阈值为止，提高了数据成功到达率；重复包判断机制是节点根据发送数据包的源节点地址及数据包中的dsn域判断该包是不是重复包，如果是重复包，则不处理，防止节点收到同一个数据包的多个拷贝。
ActiveMessageC向上层提供的接口有AMSend、Receive、AMPacket、Packet、Snoop等。AMSend接口实现数据的发送，Receive接口实现数据的接收，Snoop是接收发往其它节点的数据，AMPacket接口用于设置和提取数据包的源节点地址、目的地址等信息，Packet接口主要是得到数据包的有效数据长度（payload length）、最大有数据长度、有效数据的起始地址等。AMSend、Receive、Snoop都是参数化接口，参数为一个8位的id号，类似于TCP/IP协议中的端口号。两个节点通信时，发送节点使用的AMSend接口的参数id必须与接收节点的Receive接口的参数id一致。
在TinyOS操作系统下，所有的数据包都封装到一个叫message_t的结构体中。message_t结构体包含四个部分：header、data、footer、metadata四个部分。其中header中包含了数据包长度、fcf、dsn、源地址、目的地址等信息；metadata包含了rssi等信息，详见cc2420.h、Message.h、platform_message.h。其中，metadata部分不需要通过射频发送出去，只是在发送前和接收后提取或写入相应的域。2.3 实验步骤 1.将基站同电脑用烧录线连接好，打开基站的开关，将基站的烧录开关拨上去 2.用串口线将基站和PC机器连接起来 3.打开串口助手 4.打开Cygwin开发环境
5.在Cygwin开发环境中执行/opt/atos/apps/Demos/RFDemos/1_P2P 6.在点对点通讯目录下执行make antc3 install GRP=01 NID=01，进行软件的编译和烧录,(GRP=01 NID=01 的意思是将当前的点烧录为第一组，第一号)7.烧录成功后，将基站的烧录开关拨下去，将节点对应的烧录开关拨上去，然后打开节点的开关
8.执行make antc3 reinstall GRP=01 NID=02 9.重启基站
10.打开刚刚烧录的节点的开关
11.在串口助手中根据提示输入对应的操作内容 12.当节点和基站通讯成功的情况如下图
13.当节点和基站通讯失败的情况如下图
2.4 继续实验
完成一个点对点的传输，让基站给单独节点发送一个命令，节点在接收到命令后将自己的蓝灯状态改变。
修改方案：
在Receive.receive(message_t* msg,void* payload.unit8_t len)函数中做修改。基站从串口接收到的数据存放在payload变量当中，所以只需要判断payload的长度和内容跟命令是否一样，如果一样就改变蓝灯的状态。这里假设该命令为”BLUE”。
修改代码：
event message_t* Receive.receive(message_t* msg, void* payload, uint8_t len){
uint8_t i;ADBG_APP(“rn*Receive, len = [%d], DATA:rn”, ADBG_N(len));for(i=0;i < len;i++){ } ADBG_APP(“%c”,((uint8_t*)payload)[i]);/* 继续实验 修改部分 开始*/
if(len==4){ if(((uint8_t*)payload)[0]=='B' &&((uint8_t*)payload)[1]=='L' &&((uint8_t*)payload)[2]=='U' &&((uint8_t*)payload)[3]=='E')
}
} /* 继续实验 修改部分 结束*/ ADBG_APP(“rn”);LED_YELLOW_TOGGLE;m_input_type = INPUT_ADDRESS;post showMenu();{ } LED_BLUE_TOGGLE;2.5 碰到的问题 1.在给节点烧录程序的时候，容易出现no-chip-system was detected。这个时候要将下载器的reset按钮按下去复位，才能使得节点顺利烧录程序。2.按照实验步骤一步步做下来以后，基站给节点发送消息时，串口调试助手大多时间会显示SentFAIL！。这个问题一直得不到解决，所以只好做继续实验。做继续实验的时候发现，虽然串口调试助手显示的是SentFAIL ,但是基站还是能够通过发送命令控制蓝灯的亮灭。这说明基站跟节点的通讯是成功的。串口调试助手上显示的是有误的。至于为什么会出现这个问题，我们也没有讨论出结果来。
2.6 心得体会
该实验完成了基本的节点之间的通讯，该实验是基于稳定的MAC点对点传输。所以熟练掌握这个实验是接下来研究路由协议的基础。这个实验依然是验证性实验，但是出现的问题比前几个实验多了。节点烧录不进去、基站与节点能够进行通信，但是串口调试助手显示失败。在这两个地方纠结的很久，最后还是跟同学交流，才知道这些问题大家都有出现。所以猜测可能是接口程序有问题。实验三 发射功率设置实验
3.1 实验目的
了解CC2530芯片的8个输出功率等级，掌握节点输出功率的设置方法。3.2 实验原理
CC2530芯片支持8个等级的发射功率，不同功率等级发射的最远距离不一样，但是不是线性变化的。该实验就是改变CC2530芯片的发射功率寄存器的数值来改变发射功率。3.3 实验步骤
1.将基站同电脑用烧录线连接好，打开基站的开关 2.用串口线将基站和PC机器连接起来 3.打开串口助手 4.打开Cygwin开发环境 5.在Cygwin开发环境中执行
cd /opt/atos/apps/Demos/RFDemos/3_SetTransmitPower/ 6.在功率设置实验目录下执行make antc3 install GRP=01 NID=02，进行软件的编译和烧录
7.烧录成功后，将基站的烧录开关拨下去，将节点对应的烧录开关拨上去，然后打开节点的开关
8.执行make antc3 reinstall GRP=01 NID=01 9.重启基站
10.打开节点的开关，按照上面的提示进行操作。在上面的界面中，按“Y”后 会显示功率列表提供选择，根据自己的选择进行功率设置，在设置完成后程序会自动给节点号为1的节点发送射频数据，如下图。
11.通过改变距离和改变发射功率级别，可以观察到发送功率对发送的有效距离的影响。3.4 继续实验 在该实验的基础上测试，在最大和最小发射功率下两个点之间通讯距离的差距。
3.5 碰到的问题 与“点对点通信实验”一样，基站与节点通讯成功以后，串口调试助手依旧显示SentFAIL，但是我们可以通过查看代码知道射频接收数据的函数Receive.receive()函数里面有一条语句：LED_YELLOW_TOGGLE;说明当节点接收到数据以后，节点的黄灯就会改变灯的状态。我们就以此作为判断节点是否成功接收到基站发出的数据的依据。在设置发射功率的时候，想把功率设置成14，却怎么也设置不了。查看代码才知道16的发射功率等级对应的是十六进制的‘0’—‘F’，如果要设置发射功率为14，则应该输入‘C’。3.6 心得体会 本实验是在点对点通信实验的基础上完成的。通过本实验，让我们了解了CC2530芯片中功率级别的概念，以及如何设置发射功率的寄存器的值。为了解决这个实验中出现的问题，仔细阅读了所给的SetTransmitPowerM.nc文件的代码。通过阅读、分析代码，对在TinyOS系统上进行nesC编程有了进一步地了解，也对nesC程序整体的框架有了一定的了解。
实验四 星状网络通讯实验 4.1 实验目的
了解星形网络的特点，掌握星形网络的实现方法。
4.2 实验原理
该实验主要是完成星形网络通讯实验。在这个实验中所有的基本节点都是直接将数据发送给基站，这样就会形成一个星形。在节点端，每个节点都会启动一个定时器，在定时器超时的时候，节点就会开始采集传感器数据，在完成传感器数据采集后，节点就会将采集的数据发送给基站；在基站端，接收到节点的数据后，按照基站和上位机通讯的协议将数据上报给上位机软件。
4.3 实验步骤
1.将基站同电脑用烧录线连接好，打开基站的开关 2.用串口线将基站和PC机器连接起来 3.打开Cygwin开发环境
4.在Cygwin开发环境中执行cd /opt/atos/apps/Atosenet/ANTStartnet/Base 5.在功率设置实验目录下执行make antc3 install GRP=01 NID=01，进行软件的编译和烧录
6.烧录成功后，将基站的烧录开关拨下去，将节点对应的烧录开关拨上去，然后打开节点的开关
7.执行cd /opt/atos/apps/Atosenet/ANTStartnet/Node，进入到星形实验的节点目录。
8.在该目录下面执行make antc3 install ASO=LIGHT TYPE3 GRP=01 NID=02,对节点进行烧录。
9.依次烧录剩下的节点，确保每个节点的NID是不一样的 10.将节点和基站的天线都插好，并且将节点的开关都打开。
11.运行光监控软件，如果没有安装，请先安装该软件，这个软件的安装包在【实验光盘演示中心LightField.msi】。
12.选择正确的串口号，点击运行标志，运行之后的界面如下。
13.从运行的图片中可以看到一个星形的网络。如果想看到一个更大的星形的网络，可以多烧录几个节点。
4.4 继续实验
在该实验的基础上，尝试让基站的ID变为2。每个基本节点都将自己的目的地址变为2。并且最终通讯形成星形网络。
修改方案：
将node文件夹里面的makefile 文件打开，将PFLAGS +=-DATE_PROFILE_TABLE_CONFIG 改为PFLAGS +=-DATE_PROFILE_TABLE_CONFIG=2。这个修改的目的是为了设置星形网络的父节点。ATE_PROFILE_TABLE_CONFIG的值就是静态路由默认的目的节点的ID号。所以这样一改，就能使每个基本节点都将自己的目的地址变为2。
4.5 碰到的问题
按照步骤将所给的程序分别烧录到基站和节点以后，会发现网络拓扑图所示的网络非星形网络，而是树状网络。询问助教才知道这是没有对控制星形网络父节点的变量赋初值的缘故。需要将Node文件夹里的makefile文件的ATE_PROFILE_TABLE_CONFIG 改为PFLAGS +=-DATE_PROFILE_TABLE_CONFIG=1。这样得到的网络拓扑图才是正确的。按照继续实验的要求修改makefile文件后，烧录时给基站赋予的节点ID值也改为了2，但是出来的网络拓扑图，其星形网络的父节点的ID仍然是1。这个问题其他的同学也出现过。但是没有讨论出解决方案。
4.6 心得体会
这个实验是每个基本节点都将采集到的传感器数据发送给基站，所以使用的是星形网络。该网络只需要基本节点将数据发送到基站，而不需要基本节点之间进行通讯，也不需要基站向基本节点发送消息，所以基本节点在每次发送的时候只需要填写目的地址为1就可以。所以该实验使用的路由协议只需要静态的路由协议就可以实现了，节点在上电的时候将基站作为唯一的路由信息写入到flash中，每个节点按照这样的路由信息发送，最终形成的就是星形网络。为了分析网络拓扑图出现树状网络的原因，还找到了静态路由协议的文件夹Profile，仔细查找才发现影响父节点的变量是ATE_PROFILE_TABLE_CONFIG。所以感觉这些实验没有表面看起来这么简单，如果要分析透彻其中的原理以及实现方法，还得花较多的功夫。
第四篇：《自动控制原理》课程实验报告(范例)
《自动控制原理》课程实验报告
姓名：
班级：
学号： 实验时间：
实验成绩：
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ωn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、实验要求：
1．根据实验步骤，写出调试好的MATLAB语言程序，及对应的MATLAB运算结果。
2．记录各种输出波形，根据实验结果分析参数变化对系统的影响。3．总结判断闭环系统稳定的方法，说明增益K对系统稳定性的影响。
三、实验步骤：
1．观察函数step()函数和impulse()的调用格式，假设系统的传递函
s23s7数模型为G(s)4，可以用几种方法绘制出系统的阶s4s36s24s1跃响应曲线？试分别绘制。
2n2．对典型二阶系统G(s)2 2s2nsn1）分别绘制出ωn=2(rad/s),ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响。
2）绘制出当ζ=0.25，ωn分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数ωn对系统的影响。
3．单位负反馈系统的开环模型为G(s)K，试判2(s2)(s4)(s6s25)断系统的稳定性，并求出使得闭环系统稳定的K值范围
四、实验结果与结论
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。
1．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。用MATLAB求控制系统的瞬态响应 1）阶跃响应
①求系统阶跃响应的指令有：
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）
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。② 求阶跃响应的另一种方法
应当指出，当初始条件为零时，G(s)的单位阶跃响应与
G(s)的单s位阶跃响应相同。考虑到求系统的单位脉冲响应，因为对于单位脉冲输入量，R(s)=1所以
C(s)G(s)s23s71 C(s)432R(s)ss4s6s4s1s因此，可以将G(s)的单位阶跃响应变换成G(s)的单位脉冲响应。s向MATLAB输入下列num1和den1，给出阶跃响应命令，可以得到系统的单位阶跃响应曲线如图1-1所示，输入下列num2和den2，给出脉冲响应命令，可以得到如图1-1所示一样的单位脉冲响应曲线。t=[0:0.1:10];num1=[1,3,7];den1=[1,4,6,4,1];y=step(num,den,t);plot(t,y);grid;t=[0:0.1:10];num=[1,3,7];den=[1,4,6,4,1,0];
图1-1 单位阶跃响应曲线 y=impulse(num,den,t);plot(t,y);grid;
2．特征参量和n对二阶系统性能的影响
标准二阶系统的闭环传递函数为：
2nC(s)2
2R(s)s2nsn二阶系统的单位阶跃响应在不同的特征参量下有不同的响应曲线。1）对二阶系统性能的影响
设定无阻尼自然振荡频率n2(rad/s)，考虑5种不同的值：利用MATLAB对每一种求取单位阶跃响应=0,0.25,0.5,1.0和2.0，曲线，分析参数对系统的影响。
为便于观测和比较，在一幅图上绘出5条响应曲线（采用“hold”命令实现）。
num=[0 0 4];den1=[1 0 4];den2=[1 1 4];den3=[1 2 4];den4=[1 4 4];den5=[1 8 4];t=[0:0.1:5];step(num,den1,t);grid;hold;text(2,1.7,'Zeta=0');step(num,den2,t);text(1.6,1.5,'0.25');step(num,den3,t);text(1.6,1.1,'0.5');step(num,den4,t);text(1.6,0.8,'1.0');step(num,den5,t);
图1-2 ζ不同时系统的响应曲线 text(1.6,0.5,'2.0');由此得到的响应曲线如图1-2所示： 2）n对二阶系统性能的影响
同理，设定阻尼比0.25时，当n分别取1,2,4,6时，利用MATLAB求取单位阶跃响应曲线，分析参数n对系统的影响。num1=[0 0 1];num2=[0 0 4];num3=[0 0 16];num4=[0 0 36];den1=[1 0.5 1];den2=[1 1 4];den3=[1 2 16];den4=[1 3 36];t=[0:0.1:5];step(num1,den1,t);grid;hold;text(0.1,1.4,'wn=1');step(num2,den2,t);
text(1,1.4,'wn=2');step(num3,den3,t);text(2,1.4,'wn=4');step(num4,den4,t);text(4,1.4,'wn=6');
图1-3 n不同时系统的响应曲线
由此得到的响应曲线如图1-3所示：
3．系统稳定性判断
利用代数稳定判据可确定系统个别参数变化对系统稳定性的影响，以及为使系统稳定，这些参数应取值的范围。
K 根据单位负反馈系统的开环模型 G(s)(s2)(s4)(s26s25)可以求的闭环系统的特征方程式为：
D(s)s412s369s2198s200K0
则其劳斯阵列为：
s4s3s211252.552.519812(200K)52.5200K69198200K0200K
s1s0根据稳定条件: 52.519812(200K)＞0;200+K＞0;因此0＜K＜666.25
第五篇：南邮自动控制原理实验报告
实验一、控制系统的时域分析 实验二、线性系统的根轨迹研究 实验三、系统的频率响应和稳定性研究 实验四、连续系统串联校正
课程名称：
自动控制原理
仿真实验一：控制系统的时域分析 一、实验目的：． 观察控制系统的时域响应； 2 ． 记录单位阶跃响应曲线； 3 ． 掌握时间响应分析的一般方法； 4 ． 初步了解控制系统的调节过程。
二、
实验步骤：． 开机进入 Matlab 运行界面。． Matlab 指令窗：“Command Window”，运行相关指令。依次完成实验内容。． 本次实验的相关 Matlab 函数（参考材 教材 P74：
：
控制系统模型描述）：
G=tf([num],[den])可输入一传递函数。
step(G,t)在时间范围 t 秒内，画出单位阶跃响应图。
impulse(G,t)在时间范围 t 秒内，画出单位脉冲响应图。
三、
实验结果 1.观察一阶系统1()1sTs 数 的时域响应：取不同的时间常数 T，分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。
脉冲响应：
T=1s
T=3S
阶跃响应:
T=1s
T=7s
斜坡响应:
T=1s
T=3s
单位加速度 响应:
T=1s
T=7s
2、、二阶系统的时域性能分析：观测 二阶系统22 2()2nn nss 的单位 阶跃响应。
（（1））
令 1n ，0, 0.5, 2 分别取，结合单位 阶跃 响应图，观察阻尼比对阶跃响应的影响。
阻尼比 =0 ：
>> G=tf([1],[1,0,1])
Transfer function:
1
-------
s^2 + 1
>> step(G,18)
阻尼比 =0.5 ：
>> G=tf([1],[1,1,1])
Transfer function:1
-----------
s^2 + s + 1
>> step(G,18)
阻尼比 =2 ：
>> G=tf([1],[1,2,1])
Transfer function:1
-------------
s^2 + 2 s + 1
>> step(G,18)
结论：
当阻尼比取 0 0 时，其振荡频率为 1 1，即为无阻尼振荡；当阻尼比大于 0 0 小于 1 1 时，二阶系统
为欠阻尼二阶系统，其单位阶跃响应为衰减振荡；当阻尼于 比大于 1 1 时，二阶系统为过阻尼二阶系统，其单位阶跃响应为是非振荡的。
（2 2）
令 0.5 ，1, 2, 5n 分别取
，结合单位阶跃响应图，观察自然频率对阶跃响应的影响。
自然频率 =1 ：
>> G=tf([1],[1,1,1])
Transfer function:1
-----------
s^2 + s + 1
>> step(G,18)
自然频率 =2 ：
>> G=tf([4],[1,2,4])
Trans fer function:2
-------------
s^2 + 2 s + 2
>> step(G,18)
自然频率 =5 ：
>> G=tf([25],[1,5,25])
Transfer function:5
-------------
s^2 + 5 s + 5
>> step(G,18)
结论：
自然频率越小，阻尼比越小，系统的阶跃响应幅值越大。
（（3））
调节自然频率与阻尼比，要求：
Tr<0.56s Tp<1.29s Ts<5.46 超调不大于 于 5 ％.记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比。
G=tf([45],[1,10,45])G = 45
---------------
s^2 + 10 s + 45 Continuous-time transfer function.>> step(G,6)
自然频率=16.9538rad/sec 阻尼比=0.73578
实验二线性系统的根轨迹研究
2.1 实验目的（（1））
考察闭环系统根轨迹的一般形成规律。
（（2））
观察和理解引进零极点对闭环根轨迹的影响。
（（3））
观察、理解根轨迹与系统时域响应之间的联系。
（（4））
初步掌握利用产生根轨迹的基本指令和方法。
2.2 实验内容 根轨迹绘制的指令法、交互界面法；复平面极点分布和系统响应的关系。
已知单位负反馈系统的开环传递函数为2)^ 5 4()2()(2 s ss Ks G，实验要求：
（（1））
用 试用 MATLAB 的 的 rlocus 指令，绘制闭环系统根轨迹。（要求写出指令，并绘出图形。）
指令：
：G=tf([1 2],[1 8 26 40 25])
rlocus(G)
（（2））
用 利用 MATLAB 的 的 rlocfind 指令，确定根轨迹的分离点、根轨迹与虚轴的交点。（要求写出指令，并给出结果。）
指令：
：rlocfind(G)分离点：-2.0095 + 1.0186i
K=0.0017 与 虚轴的 交点：
：-0.0000 + 3.6025i
K=65.8411
（（3））
用 利用 MATLAB 的 的 rlocfind 指令, 求出系统临界稳定增益, 并用指令验证系统的稳定性。
系统 临 界稳定增益：
：65.8411 由于系统 无右半平面的开环极点，且 奈奎斯特曲线不 包围（（-1，j0）点。
系统稳定。
（（4））
用 利用 SISOTOOL 交互界面，获取和记录根轨迹分离点、根轨迹与虚轴的交点处的关键参数，并与前面所得的结果进行校对验证。（要）
求写出记录值，并给出说明。）
指令：
：SISOTOOL(G)
原值：
：K=0.00017
校正值：
：K=0.000169
原值：K=65.8411
校正值：K=71.8（（5））
在 在 SISOTOOL 界面上，打开闭环的阶跃响应界面，然后用鼠标使闭环极点（小红方块）从开环极点开始沿根轨迹不断移动，在观察三个闭环极点运动趋向的同时，注意观察系统阶跃响应的变化。根据观察，（A）写出响应中出现衰减振荡分量时的 的 K 的取值范围，（B）写出该响应曲线呈现“欠阻尼”振荡型时的 K。的取值范围。
（A A）
0< K<71.8
（B B）
0 实验三系统的频率响应和稳定性研究 3.1 实验目的(1)绘制并观察典型开环系统的 Nyquist 围线。 (2)绘制并观察典型开环系统的 Bode 图。 (3)运用 Nyquist 准则判断闭环系统的稳定性。 (4)初步掌握相关 MATLAB 指令的使用方法。 3.2 实验内容 一、（必做内容）使用 sisotool 交互界面研究典型开环系统的频率特性曲线，并进行闭环系统稳定性讨论。 以下各小题的要求： （A)根据所给开环传递函数的结构形式，绘制相应的幅相频率曲线和对数幅相频率曲线。 (B)显示出曲线对应的开环传递函数具体表达式。 (C)假如 MATLAB 指令绘制的幅相频率曲线不封闭，或用文字说明所缺部分曲线的走向，或在图上加以添加所缺曲线；曲线与(-1,j0)点的几何关系应足够清晰，能支持判断结论的导出。 (D)对该开环函数构成的单位负反馈系统的稳定性作出判断，说明理由；假如闭环不稳定，则应指出不稳定极点的数目。 (1))1)(1(2 11 s T s TKG，其中 K , T 1, T 2 可取大于 0 的任意数。 取 K=1，T1=1，T2=2； 指令如下： G=tf([1],[2 3 1])Transfer function: 2 s^2 + 3 s + 1 margin(G)nyquist(G) P=0,R=0,Z=0 系统稳定 (2))1)(1)(1(3 2 12 s T s T s TKG，其中 K , T 1, T 2, T 3 可取大于 0 的任意 取 K=1，T1=1，T2=2，T3=3； 指令如下： G=tf([1],[6 11 6 1])Transfer function:------------------------6 s^3 + 11 s^2 + 6 s + 1 margin(G) nyquist(G) P=0,R=0,Z=0 系统稳定 (3))1(14s T sKG，其中 K , T 1 可取大于 0 的任意数。 取 K=1，T1=1； 指令如下： G=tf([1],[1 1 0])Transfer function:-------s^2 + s margin(G) nyquist(G) P=0,R=0,Z=0 系统稳定(4))1)(1()1(2 16 s T s T ss T KGa，其中。 K 可取大于 0 的任意数。 K=1，Ta=1，T1=1，T2=2； 指令如下： G=tf([1 1],[2 3 1 0])Transfer function: s + 1-----------------2 s^3 + 3 s^2 + s margin(G)nyquist(G) P=0,R=0,Z=0 系统稳定(5))1(127s T sKG，其中 K , T 1 可取大于 0 的任意数。 K=1，T1=1； 临界稳定，指令如下： G=tf([1],[1 1 0 0])Transfer function: 1---------s^3 + s^2 margin(G) nyquist(G) (6)1128,)1()1(T Ts T ss T KGaa，其中 K 可取大于 0 的任意数。 K=1，Ta=2，T1=1； 指令如下： G=tf([2 1],[1 1 0 0])Transfer function:s + 1---------s^3 + s^2 margin(G)nyquist(G) 临界稳定(7)1129,)1()1(T Ts T ss T KGaa，其中 K 可取大于 0 的任意数。 K=1，Ta=1，T1=2； 临界稳定，指令如下： G=tf([1 1],[2 1 0 0])Transfer function: s + 1-----------2 s^3 + s^2 margin(G)nyquist(G) (8)210)1)(1(ss T s T KGb a ，其中 K , T a,T b 可取大于 0 的任意数。 时间常数 T 与 K 给出具体数值仿真 取 K=1，Ta=1，Tb=2 指令如下： G=tf([2,3,1],[1,0,0])G =s^2 + 3 s + 1 --------------- s^2 Continuous-time transfer function.>> margin(G)>> nyquist(G) 临界稳定 实验四 连续系统串联校正 一、实验目的 1.加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。 2.对给定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。 二、实验仪器 1．EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验内容 1．串联超前校正（1）系统模拟电路图如图 5-1，图中开关 S 断开对应未校情况，接通对应超前校正。 图 图 5 5--1 1 超前校正电路图 （2）系统结构图如图 5-2 图 图 5 5--2 2 超前校正系统结构图 图中 Gc1（s）=2 2（0.055s+1） Gc2（s）= 0.005s+1 2．串联滞后校正（1） 模拟电路图如图 5-3，开关 s 断开对应未校状态，接通对应滞后校正。 图 图 5 5--3 滞后校正模拟电路图 （2）系统结构图示如图 5-4 图 图 5 5--4 滞后系统结构图 图中 Gc1(s）=10 10（s+1） Gc2（s）= 11s+1 3．串联超前—滞后校正（1） 模拟电路图如图 5-5，双刀开关断开对应未校状态，接通对应超前—滞后校正。 图 图 5 5--5 超前 — 滞后校正模拟电路图 （2） 系统结构图示如图 5-6。 图 图 5 5--6 6 超前 — 滞后校正系统结构图 图中 Gc1（s）=6 6（1.2s+1）（0.15s+1） Gc2（s）= （6s+1）（0.05s+1） 四、实验步骤 1.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 超前校正： 3.连接被测量典型环节的模拟电路(图 5-1)。电路的输入 U1 接 A/D、D/A 卡的 DA1 输出，电路的输出 U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1 输入，将将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。 4.开关 s 放在断开位置。-5.在实验项目的下拉列表中选择实验五[五、连续系统串联校正]。鼠标单击 按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果，并记录超调量p 和调节时间 ts。 6.开关 s 接通，重复步骤 5,将两次所测的波形进行比较。并将测量结果记入下表中： 超前校正系统 指标 校正前 校正后 阶跃响应曲线 见图 1.1 见图 1.2 δ% 51.1 11,8 Tp（秒） 166 118 Ts（秒） 1152 154 滞后校正： 7.连接被测量典型环节的模拟电路(图 5-3)。电路的输入 U1 接 A/D、D/A 卡的 DA1 输出，电路的输出 U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1 输入，将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。 8.开关 s 放在断开位置。 9.在实验项目的下拉列表中选择实验五[五、连续系统串联校正]。鼠标单击 按钮，弹出实验课题参数设置对话框，在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果，并记录超调量p 和调节时间 ts。 10.开关 s 接通，重复步骤 9,将两次所测的波形进行比较。并将测量结果记入下表中： 滞后校正系统 指标 校正前 校正后 阶跃响应曲线 见图 2.1 见图 2.2 δ% 67.2 11.53 Tp（秒） 213 439 Ts（秒） 2529 529 五、实验报告 1．计算串联校正装置的传递函数 Gc（s）和校正网络参数。 2．画出校正后系统的对数坐标图，并求出校正后系统的ω′c 及ν′。 3．比较校正前后系统的阶跃响应曲线及性能指标，说明校正装置的作用。 阶跃响应曲线： 串联超前校正前： 串联超前校正后： 图 1.1 图 1.2 串联滞后校正前： 串联滞后校正后： 图 2.1 图 2.2 串联超前校正前： G（s）= Wc=16.7rad/s，V=17 度 串联超前校正后： G（s）= Wc=25rad/s，V=65 度 串联滞后校正前： G（s）= Wc=17.7rad/s V=-14 度 串联滞后校正后： G（s）= Wc=6.83rad/s V=31 度 由以上实验结果，得到校正装置作用：超前校正的是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。由于 RC 组成的超前网络具有衰减特性，因此，应采用带放大器的无源网络电路，或采用运算放大器组成的有源网络。 滞后校正装置即利用校正装置的超前部分来增大系统的相位裕度，以改善其动态性能；利用它的滞后部分来改善系统的静态性能，两者分工明确，相辅相成。
点击咨询 