controlexperiment

toc =实验=

自动控制原理实验分为验证型实验与研究型实验两部分，只需选做其中之一即可.

验证型实验包括两项实验内容：
 * 1) 二阶系统时域实验，利用自动控制原理实验箱完成二阶系统时域仿真；
 * 2) 计算机辅助分析与设计实验，从自动控制原理课本上选一道题，利用软件工具进行辅助分析、求解、仿真.

研究型实验需要根据自己的兴趣选择一项研究内容，完成研究报告. 可选择任何与自动控制相关的研究内容进行，如：分析设计倒立摆控制器. 建立研究对象的数学模型，对所建立的模型进行简化，分析输入与输出，设计控制规律以得到期望输出.

二阶系统时域分析（使用自动控制原理实验箱）

 * - 利用电路仿真软件进行仿真
 * - 利用自控原理实验箱进行仿真
 * - 记录自动控制原理实验箱的实验结果数据.
 * - 根据电路原理图推导数学模型（传递函数），分析稳定性、稳态误差、动态性能等.
 * - 将与实验相对应的数学模型在计算机上进行仿真.
 * - 对比分析理论计算结果与仿真结果.
 * - 鼓励使用自由软件([|FSF][|GNU]). 可参考scientificsoftware:home中的Scilab实验及Qucs示例

计算机辅助分析与设计

 * - 从课本或参考书中选择一道题目（不与别人重复）
 * - 手工求解所选题目
 * - 计算机仿真验证结果的正确性
 * - 对如何利用计算机辅助求解同类题目进行探索
 * - 鼓励使用自由软件([|FSF][|GNU]). 可参考scientificsoftware:home中的Scilab实验或Maxima示例

模板(电子版)

 * openoffice 模板[[file:自动控制原理实验报告电子版(验证).odt]]
 * pdf模板[[file:自动控制原理实验报告电子版(验证).pdf]]
 * LaTeX模板[[file:自动控制实验latex模板.zip]]

模板(打印版)

 * openoffice 模板[[file:自动控制原理实验报告打印版(验证).odt]]
 * pdf模板[[file:自动控制实验报告打印版（验证）.pdf]]
 * LaTeX模板[[file:自动控制实验latex模板.zip]]

实验内容

 * - 选择合适的被控对象（不与别人重复）
 * - 建立被控对象模型（根据所学物理、力学知识进行分析，不得直接参考别人的模型）
 * - 分析模型特点（线性化、阶数、稳定性等）
 * - 设计控制器
 * - 计算机仿真验证结果的正确性
 * - 归纳总结（所用方法能否进行改进，是否可用于更广泛的领域）
 * - 鼓励使用自由软件([|FSF],[|GNU]). 模型分析、方程求解、仿真可参考scientificsoftware:home中的Scilab或Maxima示例

控制系统示例
控制系统可自行选取，也可参考以下示例： 小车左右两轮通过设定各自电机的驱动电压来驱动. 通过测速发电机把二轮驱动小车两轮的速度v1、v2转化为电压U1、U2. 把ΔU=U1-U2作为被控对象的输出，在小车跑直线时，两轮速度相等，即，ΔU=0；把小车重心所在线与跑道每一点处切线夹角θ作为输出量（被控量）. 当小车以给定的速度运动时，θ=0. 如果小车受到扰动，使电压差偏离期望值，小车重心所在直线会与跑道有一个不为0的夹角，通过测速发电机将角度不为0的夹角θ转化为反馈电压反馈到输入端，再通过PID（只用PD控制就可以，因为不需要对以前走过的路线有记忆）生成合适的控制量(左右轮电机驱动电压)使θ重新为0，即完成对小车的方向控制. （比如：小车前面的探测系统探测到跑道方向发生变化，小车在前方需要拐弯，即小车受到的扰动. 依据惯性原理，小车会继续沿原来的方向前行，就会有θ≠0，测速发电机开始工作，将θ角转化为电压反馈回去，通过控制系统不停地反馈调节，最终使θ=0，即小车完成转弯工作. ） 共轴双旋翼直升机悬停方向的控制是角动量守恒定律的应用. 直升机在发动前，系统的总角动量为零. 在发动后，旋翼在水平面内高速转动，系统会出现一个竖直向上的角动量. 由旋翼产生的升力竖直向上，方向通过大致与机身垂直的直立轴，飞机受重力也通过该轴，升力和重力对该轴均不产生力矩，故系统的角动量守恒. 双旋翼直升机在直立轴上安装了一对向相反方向旋转的旋翼，通过对两旋翼旋转角速度的控制，实现直升机悬停方向的改变. 共轴双旋翼直升机倾斜控制是利用两个旋翼的升力差控制直升机的倾斜角. 只考虑一个方向的倾斜控制，忽略其他平飞，升降，旋转等状态. 通过输入目标角度，得到电压，再得到电机转矩，再得到旋翼升力，最后获得倾斜角度，反馈回去. 潜艇下沉过程中受重力、浮力、阻力的影响，通过控制水舱的进水与排水实现潜艇的下沉与上浮. 三轴卫星姿态稳定采用飞轮作为姿态控制系统的执行机构，从动力学的角度看，卫星姿态运动时卫星角动量的表现形式，飞轮通过与卫星间的角动量交换来实现姿态控制. 通过传感器感测出卫星的姿态角和期望角度的误差信号，作为电机输入，使得飞轮的转速和方向按一定的规律变化，产生作用于卫星上的反作用力矩，从而实现对卫星姿态的连续控制. 使用电机控制舱体转速以产生相应的模拟重力. (参见[]) 此系统目的是为使一个高速运转的物体以预期的角加速度减速. 设想是以运转物体带动直流发电机，改变发电机所带负载的阻值来控制其角加速度大小. 机械手臂由大小两臂及大臂与肩之间的关节，大小臂之间的关节组成. 采用极坐标手臂位置与角度，通过对两个转动副的控制实现小臂末端的位置控制
 * 二轮驱动小车方向控制
 * 并列二轮小车稳定控制
 * 单级直线倒立摆控制
 * 共轴双旋翼直升机悬停方向控制
 * 四旋翼飞行器倾斜控制
 * 热气球高度控制
 * 潜艇下沉高度控制
 * 船舶方向控制
 * 船舶横向稳定控制
 * 船舶固定装置（抛锚技术）控制
 * 电热器温度控制
 * 卫星三轴姿态控制(飞轮)
 * 深空探测器轨道控制
 * 重力模拟转速控制系统(电机)
 * 重力模拟转速控制系统(喷气)
 * 空间直轨道重力模拟控制
 * 车辆编队位置跟踪控制
 * 制动控制系统
 * 水塔储水量控制
 * 水库节电系统
 * 温室滴灌控制
 * 吊车稳定控制
 * 自行车稳定控制
 * 秋千高度控制
 * 旋转球速度控制
 * 发动机速度控制
 * 电动窗帘控制
 * 双节列车进站控制
 * 跑步机速度控制
 * 双足机器人稳定控制
 * 假肢运动控制
 * 机器手臂末端位置控制
 * 空间机器人位置控制
 * 圆球路径控制
 * 跷跷板上小球稳定控制
 * 自动称量系统控制
 * 弹簧滑块力控制
 * 过山车速度控制
 * 过山车翻转控制
 * 心脏起膊器的自动控制
 * 太阳能电池板方向控制
 * 照相机自动对焦系统
 * 2轮滑板速度控制

模板(电子版)

 * openoffice 模板[[file:自动控制原理实验报告电子版(研究).odt]]
 * pdf模板[[file:自动控制原理实验报告电子版(研究).pdf]]
 * LaTeX模板[[file:电子版（研究）.tex]]

模板(打印版)

 * openoffice 模板[[file:自动控制原理实验报告打印版(研究).odt]]
 * pdf模板[[file:自动控制原理实验报告打印版(研究).pdf]]
 * LaTeX模板[[file:打印版（研究）.tex]]

实验软件(具体内容在scientificsoftware/home)
实验软件介绍，鼓励使用自由软件(参考[|FSF],[|GNU]，以及[|中科院自动化所自由软件协会])，**有额外奖励**.

实验报告要求
实验报告分为打印版、电子版与网络版. 其中打印版、电子版必须完成. 网络版为选做，不强制要求，有额外奖励.

报告提交
code 自控实验,姓名,班号,学号 code 注意分隔符为英文逗号","，不是中文逗号"，"(输入时请将中文输入法关闭!)
 * - 下学期开学前完成打印版,开学当天由班长收齐后上交.
 * - 下学期开学前将电子版以及报告所在网络地址发送至 [[image:dzxx.JPG]] 标题格式为：
 * 注意利用各种方式（wiki,blog等）记录工作日志. 实验报告写得不够好的同学，如果工作日志证明努力工作，成绩不受影响.

评分标准（暂定）
希望大家多提意见

验证型实验
实验报告成绩（80分）：
 * 自控实验箱仿真 10分
 * Qucs电路仿真 10分
 * 数学模型构建 10分
 * 根据数学模型进行理论分析与数值仿真 10分
 * 理论结果与各仿真结果的对比分析 10分
 * 自选题目的手工求解 10分
 * 自选题目计算机辅助求解 10分
 * 编写程序能够求解自选题目同类问题 10分

平时成绩（20分）

额外加分（20分）：
 * 问题、意见与建议（通过邮件、网站页面编辑、讨论等形式提出）5分
 * 以网页形式发布实验报告 5分
 * 以博客等形式认真发布工作日志 5分
 * 使用自由/开源软件完成实验（实验分析与文档书写） 5分

研究型实验
实验报告成绩（80分）：


 * 分析研究对象的数学模型 20分
 * 对模型进行简化 10分
 * 分析简化后的模型（稳定性、时域/频域特性等） 10分
 * 控制器设计 20分
 * 计算机仿真验证 10分
 * 归纳、总结 10分

平时成绩（20分）

额外加分项（20分）：
 * 问题、意见与建议（通过邮件、网站页面编辑、讨论等形式提出）5分
 * 以网页形式发布实验报告 5分
 * 以博客等形式认真发布工作日志 5分
 * 使用自由/开源软件完成实验（实验分析与文档书写） 5分

最低要求
无论是选择哪种实验，至少要提交符合标准的打印版与电子版.

格式要求

 * - 打印版必须与pdf模板显示效果一致，装订要求:中文，A4纸型，左侧装订，包括封面总页数不得超过5页；
 * - 电子版/网络版无语言，格式，字数，页数等限制，所给模板仅供参考;
 * - 网络版使用网页(HTML)格式，正文不得使用插件（如flash等）显示，并且得将全文制成图片发布；
 * - 网络版、电子版、打印版可以不完全一致，不一致之处以电子版为准.

参考资料、经验、心得体会

 * 直线一级倒立摆的控制分析及仿真
 * 郭震远个人网站
 * 孙承钢作业及研究计划