自动控制原理课内实验教学大纲

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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

2、）利用MATLAB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

3、图；（2）记录根轨迹的起点、终点与根轨迹条数，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

4、裕度；（2）利用MATLAB绘制开环控制系统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

5、摆系统的传递函数模型；（2）利用MATLAB设计PID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

6、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；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。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）；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

7、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

8、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