自动控制原理实验教程

第1章 ATLAB语言在控制理论中的应用

1.1 MATLAB简介

1.2 Simulink简介

1.3 MATLAB在控制系统设计中的主要内容及应用

第2章 线性系统的数学模型

2.1 线性系统的数学模型简介

2.1.1 线性系统的微分方程

2.1.2 传递函数

2.1.3 系统结构图及结构图的等效变换和简化

2.2 实验项目

2.2.1 实验1：利用MATLAB语言建立系统的数学模型

2.2.2 实验2：典型环节模拟方法及动态特性

第3章 线性系统的时域分析

3.1 控制系统的时域分析

3.2 实验项目

3.2.1 实验1：基于MATLAB的控制系统的时域分析

3.2.2 实验2：二阶系统模拟及其动态性能分析

3.2.3 实验3：三阶系统的阶跃响应及稳定性分析

3.2.4 实验4：控制系统的稳态响应

第4章 根轨迹

4.1 根轨迹的基本知识

4.1.1 根轨迹的定义

4.1.2 根轨迹存在的条件

4.1.3 绘制180°根轨迹的基本法则

4.1.4 绘制0°根轨迹

4.1.5 参变量根轨迹

4.1.6 控制系统的根轨迹分析

4.2 实验：基于MATLAB的控制系统时域分析

第5章 线性系统的频域分析法

5.1 频率特性及其几何表示

5.1.1 频率特性的基本概念

5.1.2 频率特性的几何表示法

5.2 开环系统的典型环节和开环频率特性曲线的绘制

5.2.1 典型环节的频率特性

5.2.2 开环对数频率特性曲线

5.3 奈奎斯特稳定判据

5.3.1 奈奎斯特稳定判据

5.3.2 相角裕度7真

5.3.3 幅值裕度

5.4 频域指标与时域指标的关系

5.4.1 二阶系统频域指标与时域指标的关系

5.4.2 高阶系统频域指标与时域指标的关系

5.5 由频率特性确定传递函数

5.6 实验项目

5.6.1 实验1：基于MATLAB的控制系统的Bode图绘制及分析

5.6.2 实验2：基于MATLAB的控制系统Nyquist图绘制及分析

5.6.3 实验3：典型环节频率特性的测试

5.6.4 实验4：模拟振荡环节频率特性的测试

5.6.5 实验5：控制系统频率特性测量

第6章 控制系统的校正

6.1 校正的基本知识

6.1.1 常用的几种校正方法

6.1.2 串联超前校正

6.1.3 相位滞后校正

6.1.4 PID控制器

6.2 实验项目

6.2.1 实验1：基于MATLAB的系统超前校正环节的设计

6.2.2 实验2：基于MATLAB的系统滞后校正环节的设计

6.2.3 实验3：PID控制器的动态特性

6.2.4 实验4：自动控制系统的校正

第7章 离散控制系统

7.1 基本理论

7.1.1 离散控制的基本概念

7.1.2 离散系统的定义

7.1.3 离散系统的特点

7.2 采样定理

7.2.1 采样的基本过程

7.2.2 采样定理

7.2.3 信号的恢复和零阶保持器

7.2.4 离散系统的稳定性和校正

7.3 实验项目

7.3.1 实验1：离散系统的稳定性仿真分析

7.3.2 实验2：离散系统的稳定性分析

7.3.3 实验3：离散系统的校正仿真分析

7.3.4 实验4：离散控制系统的校正

第8章 非线性控制系统

8.1 典型非线性环节

8.2 实验项目

8.2.1 实验1：典型非线性环节

8.2.2 实验2：非线性控制系统

第9章 线性系统状态空间分析与综合

9.1 线性系统的状态空间描述

9.1.1 线性系统的状态空间描述的术语

9.1.2 状态空间表达式的建立

9.1.3 实验：利用MATLAB进行状态空间模型的建立和转换

9.2 控制系统的运动分析

9.2.1 线性定常系统的状态转移矩阵

9.2.2 线性定常系统的响应

9.2.3 实验：用MATLAB语言对状态空间模型进行分析

9.3 线性控制系统的能控性、能观性和稳定性

9.3.1 能控性与能观性的基本概念

9.3.2 线性定常系统稳定性判据

9.3.3 实验：判断系统的能控性、能观性和稳定性

9.4 线性定常系统综合

9.4.1 基本概念

9.4.2 实验1：极点配置和状态观测器设计

9.4.3 实验2：带有状态观测器的闭环控制系统

第10章 控制理论综合设计实验

10.1 基于MATLAB的控制系统设计实验

10.1.1 实验1：扰动补偿的复合校正

10.1.2 实验2：输入补偿的复合校正

10.1.3 实验3：跟踪系统的状态空间设计

10.2 直线型倒立摆综合设计实验

10.2.1 实验1：直线一级倒立摆的数学模型

10.2.2 实验2：经典PD控制实验

10.2.3 实验3：状态空间极点配置实验

10.2.4 实验4：LQR控制器设计与调节实验

10.2.5 实验5：直线一级柔性连接倒立摆系统的控制实验

10.2.6 实验6：LQR控制器(能量自摆起)实验

参考文献

《自动控制原理实验教程》包括自动控制原理实验、现代控制理论实验和控制理论综合设计实验共3部分，涵盖了自动控制原理和现代控制理论各章教学内容相关的实验或仿真实验。全书共分为10章：第1章简要介绍MATLAB语言在控制理论中的应用，第2～8章是自动控制原理实验部分，第9章是现代控制理论实验部分，第10毒是综合设计实验部分。从第2章至第9章，每一章的开始都是该章所涉及实验的理论部分，然后是实验部分。实验又分成两部分：一部分是由运算放大器模拟的实验；另一部分是使用MATLAB语言和Simulink的仿真实验。
　　《自动控制原理实验教程》可以作为普通高校自动化、电气工程及其自动化、电子信息工程、信息工程、通信工程、测控技术与仪器、机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、过程装备与控制工程、能源与动力工程等专业配合理论学习自动控制原理和现代控制理论的实验教材或辅助教学参考教材，也可以作为控制理论课程设计以及成人教育和继续教育的实验教材，还可供相关领域的工程技术人员学习参考。

《自动控制原理实验教程》简练、实用，适合本科电气、自动化、电子信息等专业及其相关专业本科生使用，也可供考研人员、研究生和相关技术人员参考。