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1、 20122012 级信号与控制综合实验课程实实 验验 报报 告告(基本实验二基本实验二: :自动控制理论基本实验自动控制理论基本实验)姓姓 名名 学学 号专业班号号专业班号 同组者同组者 1 学学 号号 专业班号专业班号 同组者同组者 2 学学 号号 专业班号专业班号 指导教师指导教师 日日 期期 实验成绩实验成绩 评评 阅阅 人人 电气学科大类实验评分表实验评分表实验编号名称实验编号名称/内容内容实验分值实验分值评分评分11、二阶系统的模拟与动态性能研究、二阶系统的模拟与动态性能研究12、二阶系统的稳态性能研究、二阶系统的稳态性能研究基本实验基本实验实验名称实验名称/内容内容实验分值实验分
2、值评分评分14、线性控制系统的设计与校正、线性控制系统的设计与校正16、控制系统极点的任意配置、控制系统极点的任意配置设计性实验设计性实验实验名称实验名称/内容内容实验分值实验分值评分评分创新性实验创新性实验教师评价意见教师评价意见总分总分1目录一、实验项目.2 1实验十一 二阶系统的模拟与动态性能研究.2 1.1 任务和目标 .2 1.2 总体方案设计 .2 1.3 方案实现和具体设计.3 1.4 实验结果与分析 .3 1.5 实验总结 .5 2.实验十二 二阶系统的稳态性能研究.8 2.1 任务和目标 .8 2.2 总体方案设计 .8 2.3 方案实现和具体设计.9 2.4 实验结果与分析
3、 .10 2.5 实验总结 .15 3.实验十四 线性控制系统的设计与校正.15 3.1 任务和目标 .15 3.2 总体方案设计 .15 3.3 方案实现和具体设计.16 3.4 实验结果与分析 .19 3.5 实验总结 .20 4.实验十六 控制系统极点的任意配置.21 4.1 任务和目标 .21 4.2 总体方案设计 .21 4.3 方案实现和具体设计.22 4.4 实验结果与分析 .25 4.5 实验总结 .26 二、心得体会.27 三、参考资料.272一、实验项目一、实验项目1 1实验十一实验十一 二阶系统的模拟与动态性能研究二阶系统的模拟与动态性能研究1.1 任务和目标1、掌握典型
4、二阶系统动态性能指标的测试方法。 2、 通过实验和理论分析计算比较，研究二阶系统的参数对其动态性能的影响。1.2 总体方案设计实验原理：典型二阶系统的方框图如图 11-1 所示：图 11-1.典型二阶振荡环节的方框图其闭环传递函数为：() =() 1 + ()=2+ + =22+ 2+ 2式中，为系统的阻尼比；, 为系统的无阻尼自然频率。 =12 = 为系统的阻尼比,n 为系统的无阻尼自然频率。对于不同的系统， 和所包含的内容也是不同的。调节系统的开环增益 K，或时间常数 T 可使系统的阻尼比分别为：01 三种。实验中能观测对应于这三种情况下的系统阶跃响应曲线是完全不同的。3二阶系统可用图 1
5、1-2 所示的模拟电路图来模拟：图 11-2 二阶系统模拟电路图1.3 方案实现和具体设计1、在实验装置上搭建二阶系统模拟电路。 2、分别设置 =0、01 和 1，观察并记录 r(t)为正负方波信号时输出 的波形 c(t)；3、分析此时相对应的个、，并加以定性的讨论。p st4、改变运算放大器的电容 C，再重复以上实验内容。1A1.4 实验结果与分析（1）当 C1=C2，=0（R=0）时，波形如图 11-3 所示4图 11-3 无阻尼输入输出波形 （2）当 C1=C2，增大 R 的值，01 时，波形如图 11-5 所示图 11-5 过阻尼输入输出波形（4）当 C1C2，=0（R=0）时，波形如
6、图 11-6 所示5图 11-6 无阻尼输入输出波形（5）当 C1C2，增大 R 的值，0C2，继续增大 R 的值，1 时，波形如图 11-8 所示图 11-8 过阻尼输入输出波形由以上波形可知，增大 R 的值，使波形由无阻尼到欠阻尼和过阻尼状态变化；从 中可知，欠阻尼状态下，增大 C 的值，可使时间常数 T 增大， =12 减小，超调 PO 增大；同时，由 可以得到，T 增大，减小，调节= 时间增大，响应变慢。1.5 实验总结本次实验室自动控制理论部分的第一个实验。通过此次实验，我了解了二 阶电路装置的组成和运用，在实验前对模拟电路各部分进行了理论分析，实验 时的效率得以提高，为之后的实验打下了良好的基础。61.6 思考题（1）根据实验模拟电路图绘出对应的方框图。消除内环将系统变为一个单位负反馈的典型结构。此时能知道系统中的阻尼比 体现在哪一部分吗？如何改变 的数值？答：从实验模拟电路图可以得出，阻尼比体现在积分环节和惯性环节中；将系统中的某个积分环节改为惯性环节可以改变 的数值。（2）当线路中的运算放大器 A4 的反馈电阻分别为8.2，20，28，40，50，102，120，180，220k 时计算系统的阻尼比 。答：取
