ts=t2
else
ts=t1
end
end
附2：
电动机速度/位置控制系统的虚拟实验演示
进入MATLAB运行环境，将当前工作路径设置为“虚拟实验/电动机系统”；
运行main.m程序，出现主窗体（图（a）），单击各按钮进入相应的控制窗体，若单击“闭环速度控制”按钮，进入图（b）所示窗体；
单击“电动机参数“部分的“修改”按钮，在文本框中进行电动机参数的重新设置；
在“输入信号”或“干扰信号”的列表框中，选择信号类型以及参数最大值的设置，调节滑动条可改变参数大小；
保持PID控制参数的缺省设置P=1、I=0、D=0；
单击“运行”按钮，在三维虚拟场景和示波器中观察电机转速方向和大小的改变；
改变电机参数，输入信号和干扰信号的类型与大小，观察电机转速方向和大小的改变。
单击“退出”，返回主窗体。
实验三．频率特性测试
一．实验目的
1掌握一种频率特性测试方法
2根据测试的数据和计算结果绘制波特图
3掌握使用MATLAB仿真软件绘制波特图
4进一步熟悉仪器使用
二．实验设备及仪器
1模拟实验箱
2低频信号发生器
3虚拟仪器（低频示波器）
4计算机
5MATLABL仿真软件
三．实验内容
1被测三阶系统传递函数G（s）=
2请同学自行设计三阶系统（一个惯性环节与一个震荡环节串联）的模拟电路,其中（T1=0.1ST2=0.01SK=5δ=0.5.）
3请同学用低频信号发生器,模拟实验箱,虚拟仪器（低频示波器）组成频率特性测试系统
（其中低频信号发生器输出为A1,（A1也是三阶系统的输入）三阶系统输出为A2）.
4纪录和观察每个频率点对应的系统输入和输出信号的变化.
四．实验方法及步骤
1用低频信号发生器,模拟实验箱,虚拟仪器（低频示波器）组成频率特性测试系统
2低频信号发生器输出频率由低到高,每调整一次记录一次测试数据,特别是两个转折频率点的附近（低频端,转折频率点可根据传函确定）.
3测试数据方法,幅频特性上db可由AI与A2的比求出db=20LgA1/A2相频特性的相位点相位值φ=（T1/T2）*180
4测试数据范围可先确定低频端,其次再根据两个转折频率点的位置,选择十到十二个点即可.
5使用MATLAB软件仿真记录图形,和上述测试数据点的db和φ,
6用计算方法和实测方法,确定WC和相对应的相位值.
五．实验报告要求
1完整的将自己设计的模拟电路图和频率特性测试系统接线图画出,
2将自己测试的数据和计算结果以表格形式列出,并根据计算结果绘制波特图
3将自己测试的数据和计算结果和用MATLAB仿真的结果进行比较,误差分析
4了解用李蕯育图形频率特性测试法的原理和方法.（使用频率特性测试仪）
附：
连续系统Bode图的函数bode（）
函数命令调用格式：
（1）[mag,phase,w]=bode（num,den）：
绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的Bode图,其中频率范围由函数自动选取，
输入变量：
num是系统的分子多项式；
den是系统的分母多项式。
输出变量：
mag是系统Bode图的振幅值，可转换为分贝单位：
magdb=20×log10（mag）；
phase是系统Bode图的相位值，单位为度；
w是系统Bode图的频率点。
（2）[mag,pha,w]=bode（a,b,c,d）：
绘制出连续状态空间系统表示的系统的Bode图。
输入变量：
连续状态空间系统的a,b,c,d矩阵；
输出变量：
同上。
系统幅值裕量与相位裕量的函数margin（）
函数命令调用格式：
（1）[Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin（num,den）：
计算出连续系统传递函数表示的幅值裕度和相角裕度。
输入变量：
num是系统的分子多项式；
den是系统的分母多项式。
输出变量：
Gm是系统的幅值裕度；
Pm是系统的相角裕度；
Wcp是Gm对应的角频率；
Wcg是Pm对应的角频率；
（2）[Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin（a,b,c,d）:
计算出连续状态空间系统表示的幅值裕度和相角裕度。
输入变量：
连续状态空间系统的a,b,c,d矩阵
输出变量：
同上。
（3）[Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin（amag,phase,w）:
由幅值mag、相角phase及角频率w矢量计算出系统幅值裕度和相角裕度。
输入变量：
mag是由bode求出的幅值；
phase是由bode求出的相位；
w是角频率。
输出变量：
同上。
已知一个三阶系统传递函数为：
G（s）=
试绘制Bode图并计算系统的幅值裕度和相角裕度。
MATLAB程序如下所示：
num=10;%系统分子多项式；
den1=[0.2,1];%惯性环节;
den2=[0.01^2,0.014,1];%震荡环节;
den=conv（den1,den2）;%运用多项式乘积函数conv（）,求出系统的分母多项式;
[mag,phase,w]=bode（num,den）;%求出系统在各角频率点w的幅值mag与相位phase;
bode（num,den）;%绘制Bode图
gridon;%绘制网格线
[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin（num,den）%计算系统的幅值裕度和相角裕度。
实验四．三阶系统串联校正
一．实验目的
知道系统开环放大倍数对系统稳定性的影响。
。
根据要求,设计串联矫正环节.并适当地调整控制系统参数。
通过对控制系统参数的调整，熟悉控制系统中校正装置的作用
二．实验设备及仪器
1﹑模拟实验箱
2﹑虚拟仪器（低频示波器）
3﹑计算机
4﹑MATLAB仿真软件
三．实验内容
设一单位反馈系统的结构图如下图所示：
其中k是开环放大倍数，Gc（S）为串联校正环节。
当该系统出现近似等幅震荡现象时（既系统出现不稳定现象），试采用下列三种校正方案时，分别以串联的形式加入系统，再测试系统的时域性能指标，是否稳定并加以比较。
（要求σ%<25%）
超前校正方案（摸拟电路图），要求用摸拟实验箱完成。
，T1>T2
滞后校正方案（摸拟电路图）用MATLAB仿真软件完成
，T2>T1
滞后—超前校正方案（摸拟电路图），用MATLAB仿真软件完成。
，T1>T2，T3>T4
四．实验方法及步骤
1,Gc（s）=1观测并记录该系统K=5时的阶跃响应是否稳定,记录波形和有关数据.
2,逐渐增大K值,直到系统出现近似等幅震荡为止,记录Km值.
3,将设计的超前校正环节加入,观测并记录该系统阶跃响应是否稳定,记录波形和有关数据。
4，若系统测试指标不满足要求，则可通过控制参数修改适当调整，（基于频率法）
4,使用MATLAB仿真软件设计滞后校正环节,滞后---超前校正环节.分别加入该系统观测并记录该系统阶跃响应是否稳定,记录波形和有关数据。
重复第4步。
五．实验报告要求
原系统及各校正环节的模拟线路图，（或传递函数），各测试数据及响应曲线。
对实验结果加以讨论：
3，在开环放大倍数K等于原系统的临界Km情况下，采取哪种校正方案使得系统的动态性能最好？
4，在δ%=25%的情况下，采取哪种校正方案可使系统在斜坡信号作用时，稳态误差最小？
实验五．采样系统分析
一．实验目的
了解采样开关，零阶保持器的原理及过程。
学会环采样系统特性分析。
掌握学习用MATLAB仿真软件实现采样系统分析方法。
二．实验设备及仪器
1模拟实验箱
2低频信号发生器
3虚拟仪器（低频示波器）
4计算机
5MATLABL仿真软件
三．实验内容
观察采样开关，零阶保持器工作过程（验证香农定理）。
对二阶闭环连续系统和采样系统进行比较。
分析无保持器时，二阶闭环采样系统的稳定性、稳态误差、瞬态响应分析。
当采样开关位置不同时，分析其脉冲传递函数和瞬态响应的不同。
加入零阶保持器以后，系统瞬态响应分析。
用MATLAB仿真软件实现采样系统分析。
四．实验方法及步骤
对低频正弦信号进行采样（采样频率应为原信号的两倍以上），观察其输出波形，再加入零阶保持器，观察其输出波形。
设计一个二阶闭环连续系统，分别观察加入采样开关前后的阶跃响应。
进行分析。
改变采样开关在系统内的位置，（输入端，输出端），重复上述内容。
在二阶闭环采样系统输出端加入零阶保持器，重复上述内容
五．实验报告要求
各种情况下的模拟线路图，各种测试波形，数据及响应曲线
简单描述香农定理验证情况。
简单叙述零阶保持器加入前后系统动态特性变化。
实验六．典型非线性环节与非线性系统
一．实验目的
了解和掌握典型非线性环节的原理
观察和分析典型非线性环节的输出特性
了解和掌握典型非线性系统的原理，学会用相轨迹分析非线性系统的瞬间响应和稳态误差
了解和掌握相平面法，学会用相平面法分析非线性三阶系统
二．实验设备及仪器
自动控制原理教学模拟机一台
双踪示波器或虚拟示波器一台
计算机和数字万用表各一台
三．实验内容
典型非线性环节的特性实验（包括继电型、饱和型、死区、间隙）
继电型非线性系统实验（包括不带速度和带速度负反馈）
继电型非线性三阶系统实验
四．实验方法及步骤
1、典型非线性环节此实验以运算放大器为基本元件，在输入端和反馈网络中设置相应元件（稳压管、二极管、电阻和电容）组成各种典型非线性的模拟电路。
（1）、继电特性：
实验电路如下图所示
在自动控制原理教学模拟机上按上图搭接好电路，再把模拟电路中的输入Ui和输出U0接至示波器的X轴和Y轴的输入通道，经检查无误后接通电源，然后调节电位器W（即调节输入电压）就可在示波器上观察到继电特性曲线并记录曲线及数据。
理想继电特性如下图所示：
图中M值等于双向稳压管的稳压值。
（2）、饱和特性：
模拟实验电路如下图所示
在自动控制原理教学模拟机上按上图搭接好电路，再把模拟电路中的输入Ui和输出U0接至示波器的X轴和Y轴的输入通道，经检查无误后接通电源，然后调节电位器W（即调节输入电压）就可在示波器上观察到饱和特性曲线并记录曲线及数据。
理想饱和特性如下图所示：
在理想饱和特性图中特性饱和值等于稳压管的稳压值，斜率K前一级反馈电阻值与输入电阻值之比，即：
K=Rf/R，在实验中可改变Rf的值，即可在示波器上观察到特性曲线的在变化。
（3）、死区特性：
模拟实验电路如下
在模拟机上按上图搭接好电路，再把模拟电路中的输入Ui和输出U0接至示波器的X轴和Y轴的输入通道，其中Ui输入电压电路采用继电特性的输入电压电路，经检查无误后接通电源，然后调节电位器W（即调节输入电压）和Rf的值就可在示波器上观察到不同的饱和特性曲线并记录曲线及数据。
死区特性如下图所示：
在死区特性图中斜率K的值为：
K=Rf/R0，死区△=R2×12/30=0.4R2（V），实际△还要考虑二极管的压降值。
（4）、间隙特性：
模拟实验电路如下
在模拟机上按上图搭接好电路，再把模拟电路中的输入Ui和输出U0接至示波器的X轴和Y轴的输入通道，其中Ui输入电压电路采用继电特性的输入电压电路，经检查无误后接通电源，然后调节电位器W（即调节输入电压）和R1、R2、Ci、Cf的值就可在示波器上观察到不同的饱和特性曲线并记录曲线及数据。
间隙特性如下图所示：
在间隙特性图中：
△（OA）=R2×12/30=0.4R2（V）,式中R2的单位为KΩ，特性区线的斜率tgα=Ci×Rf/Cf×R0,由此可知改变R2和R1可改变间隙特性的宽度，改变Rf/R0或Ci/Cf的比值可调节特性曲线的斜率。
2、继电型非线性系统实验（包括不带速度和带速度负反馈）
（1）、不带速度负反馈继电型非线性系统，其系统结构图和模拟电路图如下：
在模拟机上按上图搭接好电路，再把模拟电路中的输入Ui和输出U0接至示波器的X轴和Y轴的输入通道，经检查无误后接通电源，然后调节电位器W（即调节输入电压），并分别施加及撤去幅值为5V、4V、3V、2V、1V电压时，用示波器观察并记录系统在e-é平面上的相轨迹。
测量在5V阶跃信号下系统的超调量Mp及振荡次数。
（2）、带速度负反馈继电型非线性系统，其系统结构图如下：
其模拟电路图为：
在模拟机上按上图搭接好电路，再把模拟电路中的输入Ui和输出U0接至示波器的X轴和Y轴的输入通道，经检查无误后接通电源，然后调节电位器W（即调节输入电压），并分别施加及撤去幅值为5V、4V、3V、2V、1V电压时，用示波器观察并记录系统在e-é平面上的相轨迹。
测量在5V阶跃信号下系统的超调量Mp及振荡次数。
综合以上两项实验对实验结果进行分析可得，当继电型非线性系统加上速度负反馈可以减小超调量，即平稳性加大，缩短调节时间，减小振荡次数，系统的快速性得到提高。
3、继电型非线性三阶系统实验
其系统结构图和模拟电路图如下：
在模拟机上按上图搭接好电路，再把模拟电路中的输入Ui和输出U0接至示波器的X轴和Y轴的输入通道，经检查无误后接通电源，然后将信号接入r（t）端，用示波器观察并记录系统在e-é平面上的相轨迹。
测量自激振荡（极限环）的振幅和周期。
根据实验测得的数据和理论算出的结果进行分析比较，并在示波器观察继电型三阶系统的自激振荡，可读出其周期T和振幅Em，也可在实验中适当减小线性部分的增益，就可使线性部分的曲线（G（jw））向右缩小，将与-1/N0（X）线不相交，则自振荡消失，由于线性部分的曲线（G（jw））不再包围-1/N0（X）线，闭环系统能够稳定工作。
从示波器上可以看出系统的输出为衰减振荡，自激振荡随着线性部分增益的减小而消失。
实验七．控制系统数字仿真
实验八．控制系统综合设计
项目一．步进电机综合控制
一．实验目的：
1．巩固开环控制系统的有关知识；
2．加深对步进电机工作原理的理解；
3．学习步进电机控制系统的硬件设计方法；
4．掌握步进电机的速度调节和方向控制等技术；
5．进一步加强控制软件设计能力。
6．了解和学习工程软件设计规范。
二．实验项目：
1．控制步进电机的运转速度；
2．控制步进电机的旋转方向；
3．控制步进电机的旋转角度；
三．预习要点：
概念：
开环控制系统，步进电机，错齿，步距角，驱动节拍，电机正反转方向。
判断：
步进电机由驱动脉冲按节拍驱动，速度由脉冲变化速率控制，方向由脉冲顺序控制，一个有效脉冲产生一个步距的移动。
推理：
需限制驱动脉冲的最高变化速率，步进电机转角可用步数确定。
相关知识点：
计算机控制技术基础；MASM编程方法；工程化程序设计规范。
四．实验说明：
本实验中采用的步进电机为4相步进电机，此步进电机参数为：
Pe=5W，Ue=12V，Ie=0.6A，aps=1.8o/step，ωmax=0.5π/s。
控制脉冲可采用4相单4拍、4相双4拍、4相8拍方式，相应的脉冲分配表见附表1～3。
步进电机的转速由脉冲变换速度控
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