1、 .wd. .wd. .wd.自 動 控 制 原 理實(shí) 驗(yàn) 報 告 冊班級：學(xué)號：姓名：2010年1月2日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc249866021實(shí)驗(yàn)一 一、二階系統(tǒng)的電子模擬及時域響應(yīng)的動態(tài)測試 PAGEREF _Toc249866021 h 3HYPERLINK l _Toc249866022實(shí)驗(yàn)二 頻率響應(yīng)測試8HYPERLINK l _Toc249866023實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)串聯(lián)校正18實(shí)驗(yàn)一 一、二階系統(tǒng)的電子模擬及時域響應(yīng)的動態(tài)測試實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庖弧⒍A系統(tǒng)階躍響應(yīng)及其性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系。學(xué)習(xí)在電子模擬機(jī)上建設(shè)典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模

2、型的方法。學(xué)習(xí)階躍響應(yīng)的測試方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容建設(shè)一階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同時間常數(shù)T時的階躍響應(yīng)曲線，并測定其過渡過程時間Ts。建設(shè)二階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同阻尼比時的階躍響應(yīng)曲線，并測定其超調(diào)量及過渡過程時間。三、實(shí)驗(yàn)原理1一階系統(tǒng)：系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：(s)=模擬運(yùn)算電路如圖1- 1所示：圖 1- 1由圖 1-1得在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中始終取R2= R1，那么K=1，T= R2C取不同的時間常數(shù)T分別為： 0.25、 0.5、1 2二階系統(tǒng):其傳遞函數(shù)為：令n=1弧度/秒，那么系統(tǒng)構(gòu)造如圖1-2所示：圖1-2根據(jù)構(gòu)造圖，建設(shè)的二階系統(tǒng)模擬線路如圖1-3所示：圖1-3取R2C1=1 ，R3

3、C2 =1，那么及取不同的值=0.25 , =0.5 , =1實(shí)驗(yàn)電路圖：一階：二階：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選取的參數(shù)如下：一階T0.250.51R2510K510K1MC0.471M1Ts實(shí)測0.71901.57903.0900Ts理論0.751.53二階0.250.51R42M1M470KC2111實(shí)測40.1460 16.14080理論44.434416.30340Ts 實(shí)測10.8790 5.4380 4.8780 Ts 理論1474.75實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖注：時間軸單位：t/10ms，下面實(shí)驗(yàn)同。依次取=0.25、0.5、1.0一階：二階：六、數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果與理論數(shù)據(jù)間存在差異，主要原

4、因在于用510千歐電阻代替500歐電阻，其他原因包括模擬程序中各元件的實(shí)際物理值與理論之間存在差異，實(shí)際運(yùn)行中會有互相之間的干擾，外界的干擾、儲能元件放電不完全等，導(dǎo)致了最終實(shí)際模擬結(jié)果與理論之間有一定差異。七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)過程中表現(xiàn)出來的主要問題是對實(shí)驗(yàn)儀器的不了解、對Matlab軟件的生疏、與對電器元件及導(dǎo)線的預(yù)測量的缺失，導(dǎo)致耽誤了很長時間，直到第三次實(shí)驗(yàn)時才補(bǔ)做完。所得數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)間的差異在誤差范圍內(nèi)，可以承受。實(shí)驗(yàn)二頻率響應(yīng)測試實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆疹l率特性的測試原理及方法。學(xué)習(xí)根據(jù)所測定出的系統(tǒng)的頻率特性，確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測定給定環(huán)節(jié)的頻率特性。系統(tǒng)模擬電路圖及系統(tǒng)構(gòu)造

5、圖分別如圖2-1及圖2-2。系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：取R=200K，那么取R=500K，那么假設(shè)正弦輸入信號為Ui(t)=A1Sin(t),那么當(dāng)輸出到達(dá)穩(wěn)態(tài)時，其輸出信號為Uo(t)=A2Sin(t+)。改變輸入信號頻率值，便可測得二組A1/A2和隨f(或)變化的數(shù)值，這個變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。實(shí)驗(yàn)原理1. 幅頻特性即測量輸入與輸出信號幅值A(chǔ)1及A2，然后計(jì)算其比值A(chǔ)2/A1。2. 實(shí)驗(yàn)采用“李沙育圖形法進(jìn)展相頻特性的測試。以下簡單介紹一下這種測試方法的原理。設(shè)有兩個正弦信號: X(t)=XmSin(t) Y(t)=YmSin(t+) 假設(shè)以X(t)為橫軸，Y(t)為縱軸，而以作為參

6、變量，那么隨著t的變化，X(t)和Y(t)所確定的點(diǎn)的軌跡，將在X-Y平面上描繪出一條封閉的曲線。這個圖形就是物理學(xué)上成稱為的“李薩如圖形。. 相位差角的求法: 對于X(t)=XmSin(t)及Y(t)= YmSin(t)當(dāng)t=0時，有 X(0)=0 ；Y(0)=Ym Sin()即=ArcSinY(0)/ Ym, 0/2時成立。實(shí)驗(yàn)電路圖：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表K=2123456789f0.9551.2731.5922.0692.2282.3873.1833.9794.775w6810131415202530Ac/Ar1.135 1.229 1.318 1.303 1.223 1.139 0.759 0.

7、539 0.392 Ym/Y02.381 1.658 1.260 1.008 1.002 1.039 1.689 3.365 5.764 /()25.35 37.0952.53 82.93 86.02 74.32 36.30 17.29 9.99 K=5123456789f0.637 0.955 1.273 1.592 2.228 2.546 2.865 3.183 3.501 w468101416182022Ac/Ar0.909 0.928 1.073 1.135 1.383 1.581 1.787 2.007 2.128 Ym/Y010.397 7.084 5.425 4.049 2.24

8、6 2.710 1.426 1.131 1.008 /()25.35 37.0910.62 14.30 26.44 21.66 44.54 62.14 82.86 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖(按w遞增排序)K=2K=5六、計(jì)算系統(tǒng)傳遞函數(shù)K=2擬合的幅頻曲線：三階擬合Am=1.317;wm= 12.4rad/sK=5擬合的幅頻曲線：二階擬合Am=2.127;wm= 21.66rad/s七、數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為理想，與理論值差距不大，但實(shí)驗(yàn)過程中感覺到系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，很容易受外界干擾，曾經(jīng)做到一半時突然系統(tǒng)圖像變形，導(dǎo)致后來只得重新接線測量。實(shí)驗(yàn)中吸取了上次的教訓(xùn)，接線前對原件導(dǎo)線都做了預(yù)先檢測，節(jié)省了局部時間

9、。八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)就操作方面而言比上一次要好，主要原因是對實(shí)驗(yàn)器具的相對熟悉，與注意了接線之前對各部件的預(yù)先檢測，因此防止了一些不必要的時間浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)三控制系統(tǒng)串聯(lián)校正實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解和掌握串聯(lián)校正的分析和設(shè)計(jì)方法。2、研究串聯(lián)校正環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正，并驗(yàn)證。2. 設(shè)計(jì)串聯(lián)滯后校正，并驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)原理其中Gc(s)為校正環(huán)節(jié)，可放置在系統(tǒng)模型中來實(shí)現(xiàn)，也可使用模擬電路的方式由模擬機(jī)實(shí)現(xiàn)。3.未加校正時， 。4.加串聯(lián)超前校正時，給定，那么。5加串聯(lián)滯后校正時，給定，那么。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)依圖線，得系統(tǒng)截止頻率Wc、相位穩(wěn)定裕度Pm：1.未加校正 Wc=1.

10、49rad/sec Pm=-56.22.加超前校正 Wc=2.38rad/sec Pm=47.43.加滯后校正 Wc=0.449rad/sec Pm=54.8實(shí)驗(yàn)電路圖：五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖六、數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值之間存在一定差異，但在允許誤差范圍內(nèi)。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以得出：添加適宜的超前串聯(lián)校正環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)的截止頻率增大，穩(wěn)定裕度增加，從而使系統(tǒng)的快速性與穩(wěn)定性得到改善，但其對高頻響應(yīng)局部的影響會使系統(tǒng)容易受到高頻干擾信號干擾，有一定的負(fù)面；添加適宜的滯后串聯(lián)校正環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度增加，并且增強(qiáng)了系統(tǒng)對高頻干擾的抵抗性，但其會使系統(tǒng)的截止頻率降低，從而對系統(tǒng)的快速性造成一定負(fù)面影響。七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)本實(shí)驗(yàn)步驟較簡單、操作對比容易，加之實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷的增長