《自动控制实验报告.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制实验报告.（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、成绩 北 京 航 空 航 天 大 学自动控制原理实验报告学 院 机械工程及自动化学 专业方向 工业工程与制造 班 级 110715 学 号 11071113 学生姓名 吕 龙 指导教师 自动控制与测试教学实验中心自动控制原理实验报告实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验时间 2013.10.30 实验编号 同组同学 无 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.建立一阶系统的电子模型，观测并记录不同时间常数T时的跃响应曲线，测定其过渡过程时间Ts。2.建
2、立二阶系统的电子模型，观测并记录不同阻尼比时的跃响应曲线，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：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
3、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，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/A
4、1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，完成实验报告。六、实验结果1.一阶系统T0.250.51R2/M0.250.51C/F111ts实测值/s0.761.553.03ts理论值/s0.751.503.00响应曲线（1）T = 0.25:（2）T = 0.5:（3）T = 12.二阶系统0.250.51.0R4/M210.5C2/F111%实测40.516.00%理论44.416.30ts实测值/s10.955.24.9ts理论值
5、/s1474.7响应曲线（1） R4=2M（2） R4=1M（3） R4=0.5M七、结果分析从得到的数据可以看出，不论是一阶还是二阶系统，实测值均与理论值有着或多或少的偏差。从实验的过程、原理分析可能的原因有以下几条：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. 实验箱A/D转换时有误差。4. 理论公式计算的Ts和超调量也是经验估计公式，并不完
6、全准确，所以实测值与理论值出现误差也是情理之中的。结论：（1）一阶系统单位阶跃响应是单调上升曲线，特性由T唯一决定，T越小，过渡过程进行的越快，系统的快速性越好。但应当注意到，在实验中T太小的时候对外界条件更加敏感，将导致外界的扰动对系统的输出特性有较大干扰，会使其输出特性曲线发生波动。一阶系统的单位阶跃响应是没有稳态误差的，这是因为:ess=1-h=1-1=0这一点从实验结果的曲线图中也可以反映出来。（2）二阶系统平稳性：由曲线可以看出，阻尼比越大，超调量越小，响应的振荡倾向越弱，平稳性越好。反之阻尼比越小，振荡越强，平稳性越差。快速性：由曲线的对比可以看出，过大，例如 值接近于1，系统响应
7、迟钝，调节时间 ts长，快速性差；过小，虽然响应的起始速度较快，但因为振荡强烈，衰减缓慢，所以调节时间 ts也长，快速性差。从实验中可以看到=0.8时，ts 最短，即快速性最好，此时的平稳性也让人满意。稳态精度：可以看出，稳态分量随着t的增长衰减到0，而稳态分量等于1，因此从实验结果中我们可以看到对于欠阻尼和临界阻尼的情况下，单位阶跃响应是不存在稳态误差的。八、收获、体会及建议自动控制与测试教学实验中心 19实验二 频率响应测试实验时间 2013.11.20 实验编号 同组同学 无 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、
8、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：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。以下简单介绍一下这种测试方法的原理。 设有两个正弦信号: X(t)=XmSin(t) Y(t)=YmS
9、in(t+)若以X(t)为横轴，Y(t)为纵轴，而以作为参变量，则随着 t的变化，X(t)和Y(t)所确定的点的轨迹，将在X-Y平面上描绘出一条封闭的曲线。这个图形就是物理学上成称为的“李萨如图形”。图2-33. 相位差角的求法: 对于X(t)=XmSin(t)及Y(t)= YmSin(t)当t=0时，有 X(0)=0 ；Y(0)=Ym Sin()即=ArcSin（Y(0)/ Ym）, 0/2时成立。实验电路图：图2-4四、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
10、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、实验结果1实验数据表格（1）K=
11、1，R=10K时的频率响应编号12345678910f0.286 0.605 0.923 1.241 1.560 1.878 2.196 2.515 2.833 3.151 w1.83.85.87.89.811.813.815.817.819.8A2/A11.019 1.072 1.133 1.134 1.000 0.768 0.577 0.437 0.338 0.270 Yo/Ym0.209 0.426 0.691 0.931 1.000 0.900 0.793 0.660 0.544 0.483 /()12.05 25.24 43.70 68.59 90.00 64.14 52.48 41
12、.32 32.97 28.90 =9.8时的响应图（2）K=2，R=20K时的频率响应编号12345678910f0.875 1.194 1.512 1.830 2.149 2.467 2.785 3.104 3.422 3.740 w5.57.59.511.513.515.517.519.521.523.5A2/A11.128 1.243 1.384 1.486 1.408 1.143 0.901 0.709 0.556 0.446 Y0/Ym0.349 0.506 0.728 0.903 1.000 0.903 0.782 0.652 0.515 0.444 /()20.45 30.39
13、46.70 64.58 90.00 64.60 51.46 40.72 31.03 26.37 =13.5时的响应图2计算系统传递函数K=1：拟合的幅频曲线： 拟合的相频曲线：K=2：拟合的幅频曲线：拟合的相频曲线：从图中我们可以看出，系统的响应是典型的二阶系统响应。对于二阶振荡环节 Gs=n2S2+2nS+n2=1（Sn）2+2Sn+1对数辐频特性：M=Gj特征点：=n，M=12，=-90易知当Y(0)/Ym接近1时，的值即为n，Ac /Ar的值等于1/2 k=1时=90时，=9rads-1=nM=1.116，故=0.448故Gs=n2S2+2nS+n2=81S2+8.064S+81理论值GS=100S
