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1、11071089 朱起超 自动控制实验报告 自动控制原理实验报告2013年12月7日班级：学号：姓名： 目 录实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试3一、实验目的3二、实验内容3三、实验原理3四、实验设备4五、实验步骤4六、实验结果5七、实验结论9实验二 频率响应测试10一、 实验目的10二、 实验内容10三、实验原理10四、实验设备11五、实验步骤11六、数据记录11七、数据处理13八、误差分析和实验结论14九、实验结论14实验三 控制系统串联校正15一、实验目的15二、实验内容15三、实验设备15四、实验步骤15五、设计过程15六、数据记录17七、数据分析21自动控制原理实验报
2、告 11071089 朱起超 第 20 页 共25页实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的 1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3.学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1.立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 2.立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比时的跃响应曲线,并测定其超调量%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1一阶系统：系统传递函数为： s= C(s)R(s)= KTs+1模拟运算电路如图1-1所示： 图1-1由图得：
3、Uo(s)Ui(s)= R2R1R2Cs + 1= KTs + 1在实验当中始终取 R2= R1, 则 K=1,T= R2C取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。（取5%误差带）2二阶系统:其传递函数为：s C(s)R(s)= n2s2+ 2ns + n2 令n=1 rad/s，则系统结构如图1-所示： 图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-所示： 图1-3取R2C1= 1 ，R3C2=1，则R4R3= R4C2= 12 及 = 12R4C2取不同的值=0.25 , =0.5, =1 ,观察并记录阶跃响应曲线
4、，测量超调量%（取5%误差带） ,计算过渡过程时间Ts。四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。 2.PC 机一台。3.数字式万用表一块。4.导线若干。五、实验步骤1. 熟悉 HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。 2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。 3. 将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端Uo连接。线路接好后，经教师检查后再通电。 4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线。5. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完
5、成实验报告。六、实验结果1.一阶系统T0.250.51R2/k2505001000C/F111ts实测值/s0.731.533.02ts理论值/s0.751.503.00T = 0.25:T = 0.5: T = 1.0:2.二阶系统0.250.51.0R4/k20001000500C2/F111%实测34.09%16.64%0%理论44.43%16.30%0ts实测值/s9.265.985.17ts理论值/s1473.5T = 0.25T = 0.5 T = 1 七、实验结论1、 误差分析：选择电阻时没有合适的阻值，就直接用510欧电阻代替500欧，或者用电位计，阻值上的误差是实验数据误差的
6、主要来源。另外储能元件放电不够充分也有可能引起误差。2、 结论：由电阻、运放、电容组成的模拟运算电路可以构建常见的一阶二阶系统模型；一阶系统随时间常数T增大，调节时间增大，快速性越差；二阶系统，在固有频率不变的条件下，随阻尼比的增大，调节时间减小，快速性提高，欠阻尼系统有超调量。实验二 频率响应测试一、 实验目的 1.掌握频率特性的测试原理及方法。 2.学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。 二、 实验内容 1.测定给定环节的频率特性。 2.系统模拟电路图及系统结构图分别如图2-1及图2-2 图2-1 图2-23.系统传递函数为：取 R = 200K，则Gs= 200s2+
7、10s+200 取 R = 100K，则Gs= 100s2+10s+100若正弦输入信号为Uit= A1sint , 则当输出达到稳态时，其输出信号为Uot= A2sin(t+) 。改变输入信号频率 f= 2 , 便可测得二组A1/A2和随f(或)变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。三、实验原理1. 幅频特性即测量输入与输出信号幅值A1及A2，然后计算其比A1/A2。 2. 实验采用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。3. 相位差角的求法：对于 Xt= Xmsint 及 Yt= Ymsin(t+ )当 t=0 时，有 X0= 0 ；Y0= Ymsin即 =Arcsin(Y(0
8、)/Ym) , 显然，仅当0 2 时，上式才成立。四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。2.PC 机一台。3.数字式万用表一块。4.导线若干。五、实验步骤1. 熟悉 HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。 2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。先选择R = 200K。 3. 将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端Uo连接。线路接好后，经教师检查后再通电。 4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线，并采用“XY Graph”观测“李沙育图形”。调整信号源
9、频率，连续获得十组曲线，并保证其中有一组的为“李沙育图形”为正椭圆。5.将R 改为100 K，再进行24步。6. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。六、数据记录1R = 200K时的频率响应f0.8751.1941.5121.8302.1492.4672.7853.1043.4223.7405.57.59.511.513.515.517.519.521.523.5AcAr1.13651.25251.3941.4951.40851.140.8960.7050.5560.4485Ym/Yo2.621.741.361.111.111.571.5041.76
10、32.1/22.4335.0847.3365.389064.2739.5641.6734.5528.44=13.5rad/s时的李沙育图形2. R = 100K时的频率响应f0.2380.5570.8751.2251.5111.8302.1482.4662.7853.1031.53.55.57.79.511.513.515.517.519.5AcAr1.20151.0671.13151.142510.79950.60050.4540.3530.2807Y(0)Ym5.82052.47811.52381.111311.04441.21721.52941.80552.4510/9.89223.79
11、841.01264.1299073.23055.23740.83233.63124.078=9.5rad/s时的李沙育图形七、数据处理1. R=200K 时的系统传递函数计算由=13.5rad/s时相角= 90 ，所以有n=13.5rad/s= Ar /(2 *Ac)=0.5故，系统传递函数为：s=182.25(s2+13.5s+182.25)2. R = 100K时的系统传递函数计算由=9.5rad/s时相角= 90 ，所以有 n= =9.5rad/s又 =0.5故，系统传递函数为：s=90.25s2+9.5s+90.25八、误差分析和实验结论从得到的结果看，存在一定误差，初步分析误差可能由
12、一下因素造成：1. 电容电阻的标称值和实际值一般都有误差，所以依次搭接的电路的传递函数和理论不完全一致。 2. 运放带来的误差：一方面，实验中的运放的正极没有接补偿电阻，这有可能造成零点漂移以致结果不准确。另一方面，理想运放的放大倍数是无穷大的，而理论运放不一定是无穷大，这也会对传递函数的参数造成一定影响。 3. 在matlab中显示的李沙育图像中找Yo时发现，当X=0时，不一定有相应的Y与之对应。这是由于系统实际输出电压为连续的，而A/D转换是离散的，所以实验得到的Yo并不是实际的Yo，而是有一定偏差。 九、实验结论 本实验研究了不同传递函数的频率响应，并通过李沙育图像求得了响应相对于输入的滞后角，进而由实验数据确定了系统的传递函数。实验三 控制系统串联校正一、实验目的1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。 2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。二、实验内容1. 设计串联超前校正，并验证。2. 设计串联滞后校正，并验证。三、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。 2.PC 机一台。3.数字式万用表一块。4.导线若干。
