《现代控制实验报告最新》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代控制实验报告最新（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实 验 报 告实验课程： 现代控制原理 学生姓名： 费 梦 娟 学 号： 6100310059 专业班级： 自 动 化 102 实验一、线性系统的状态反馈及极点配置一实验要求了解和掌握状态反馈的原理，观察和分析极点配置后系统的阶跃响应曲线。二实验原理及说明 受控系统如图3-3-61所示，若受控系统完全能控，则通过状态反馈可以任意配置极点。 图3-3-61 受控系统期望性能指标为：超调量MP5%；峰值时间tP0.5秒。由 因此,根据性能指标确定系统希望极点为： 图3-3-61受控系统的状态方程和输出方程为： （3-3-51）式中系统的传递函数为： (3-3-52)受控制系统的能控规范形为： (3
2、-3-53)当引入状态反馈阵KK=K0K1后,闭环系统的传递函数为： (3-3-54) 而希望的闭环系统特征多项为： (3-3-55)令GK(S)的分母等于F#(S),则得到KK为：最后确定原受控系统的状态反馈阵K：由于 求得 所以状态反馈阵为： (3-3-56)极点配置系统如图3-3-62所示，再简化成图3-3-63。 图3-3-62 极点配置后系统 图3-3-63 极点配置后系统(图中“输入增益阵”L是用来满足静态要求,可取L=1)根据图3-3-63所示的系统,设计如图3-3-66所示的极点配置后系统的模拟电路三实验内容及步骤1 观察极点配置前系统极点配置前系统的模拟电路见图3-3-64所
3、示。图3-3-64 极点配置前系统的模拟电路实验步骤： 注：S ST不能用“短路套”短接！（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入r(t)。（2）构造模拟电路：按图3-3-64安置短路套及测孔联线，表如下。1信号输入（Ui）B1（0/+5V）A5（H1）2运放级联A5（OUT）A4（H1）3运放级联A4（OUT）A6（H1）4运放级联A6 (OUT) A3 (H1)5跨接反馈电阻200K元件库A11中可变电阻跨接到A6（OUT）和A5（IN）之间（a）安置短路套 （b）测孔联线 模块号跨接座号1A5S4，S62A4S5，S8，S103A6S4，S7，S94A3S1,
4、S6（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A3单元输出端OUT（Uo）。注：CH1选X1档。（4）运行、观察、记录： 将信号发生器（B1）Y输出，施加于被测系统的输入端rt，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0+5V阶跃），观察Y从0V阶跃+5V时被测系统的时域特性。等待一个完整的波形出来后，点击仃止，然后移动游标测量其调节时间ts。配置前系统图3-3-65 极点配置前的系统的阶跃响应曲线2观察极点配置后系统根据图3-3-63的极点配置后系统设计的模拟电路见图3-3-66所示。图3-3-63中要求反馈系数K1=10.9=R1/R3，R1=200K，则R3=18.3K，反馈系
5、数K2=-5.9=R1/R2，则R2=33.9K图3-3-66 极点配置后系统的模拟电路实验步骤： 注：S ST不能用“短路套”短接！（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入r(t)。（2）构造模拟电路：按图3-3-66安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套 （b）测孔联线 模块号跨接座号1A5S4，S62A4S5，S8，S103A6S4，S7，S94A3S1, S61信号输入（Ui）B1（0/+5V）A5（H1）2运放级联A5（OUT）A4（H1）3运放级联A4（OUT）A6（H1）4运放级联A6 (OUT) A3 (H1)5跨接反馈电阻R2=33.9K元件
6、库A11中可变电阻跨接到A4（OUT）和A5（IN）之间6跨接反馈电阻R2=18.3K元件库A11中可变电阻跨接到A6（OUT）和A5（IN）之间（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A3单元输出端OUT（Uo）。注：CH1选X1档。（4）运行、观察、记录：（同上）按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0+5V阶跃），用示波器观测输出端的实际响应曲线 Uo（t），且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果。 在作该实验时，如果发现有积分饱和现象产生时，即构成积分的模拟电路处于饱和状态，波形不出来，请人工放电。放电操作如下：输入端Ui为零，把B5函数发生器的SB4“放电按钮”按住3
7、秒左右，进行放电。配置后系统实验结果：图3-3-67 极点配置后的系统的阶跃响应曲线 从示波器上可以观察到的曲线如图3-3-67所示 (tp0.5S)。很明显，经过极点配置后，系统的超调和峰值时间满足期望性能指标。实验二、降维状态观测器的设计一、降维状态观测器设计 观测器极点：-102、实验步骤： 注：S ST不能用“短路套”短接！（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入r(t)。（2）构造模拟电路：按图3-3-66安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套 （b）测孔联线 模块号跨接座号1A5S4, S62A2S5,S8,S103A4S3,S5,4A1S6,S7
8、,S95A6S4,S7,S96A7aS3,S6,S107A7bS4,S68A3S5,S71信号输入（Ui）B1（0/+5V）A5（H1）2运放级联A5（OUT）A2(H1)3运放级联A2（OUT）A6(H1)4运放级联A6 (OUT) A4 (H1)5运放级联A1 (OUT) A7a(H1)6运放级联A1 (OUT) A3(H1)7运放级联A7a(OUT)A7b(H1)8运放级联A4(OUT) A3(H1)9运放级联A7b(OUT)A5(H1)10跨接反馈电阻R2=18.3K元件库A11中可变电阻跨接到A6（OUT）和A5（IN）之间11跨接反馈电阻R2=33.9K元件库A11中可变电阻跨接到
9、A7b(OUT)和A5(IN)之间12跨接反馈电阻R2=100K元件库A11中可变电阻跨接到A6(OUT)和A4(IN)之间13跨接反馈电阻R2=500K元件库A11中可变电阻跨接到A5(OUT)和A4(IN)之间（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A3单元输出端OUT（Uo）。注：CH1选X1档。（4）运行、观察、记录：（同上）按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0+5V阶跃），用示波器观测输出端的实际响应曲线 Uo（t），且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果。 在作该实验时，如果发现有积分饱和现象产生时，即构成积分的模拟电路处于饱和状态，波形不出来，请人工放电。放电
10、操作如下：输入端Ui为零，把B5函数发生器的SB4“放电按钮”按住3秒左右，进行放电。二、实验结果：三、实验心得： 这个实验可以用很不成功来说。实验结果不尽人意，和理论上有一定的相差。而且，感觉上试了很多次，也无法取得和理论接近的实验结果。希望有机会可以在去实验室做一遍。实验三、非线性系统的相平面分析3.4.1 典型非线性环节一实验要求1. 了解和掌握典型非线性环节的原理。2. 用相平面法观察和分析典型非线性环节的输出特性。二实验步骤及内容 本实验列出四五种典型非线性环节模拟电路，供用户用相平面图观察和分析其时域特性。实验以运算放大器为基本元件，在输入端和反馈网络中设置相应元件（稳压管、二极管
11、、电阻和电容）组成各种典型非线性的模拟电路。在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。如果选用虚拟示波器，只要运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的非线性系统的相平面分析下的典型非线性环节实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）的CH1、CH2测量波形。具体用法参见实验指导书第二章虚拟示波器部分。 1)测量继电特性实验步骤： CH1、CH2选X1档！（1）将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔，作为系统的-5V+5V输入信号（Ui）：B1单元中的电位器左边K3开关拨上（-5V），右边K4开关也拨上（+5V
12、）。 （2）模拟电路产生的继电特性：继电特性模拟电路见图3-4-5。图3-4-5 继电特性模拟电路 构造模拟电路：按图3-4-5安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套 （b）测孔联线模块号跨接座号1A3S1，S122A6S2，S61信号输入B1（Y） A3（H1）2运放级联A3（OUT）A6（H1）3示波器联接A6（OUT）CH1（送Y轴显示）4A3（H1）CH2（送X轴显示） 观察模拟电路产生的继电特性：观察时要用虚拟示波器中的X-Y选项慢慢调节输入电压（即调节信号发生器B1单元的电位器，调节范围-5V+5V），观测并记录示波器上的U0Ui图形。（3）函数发生器产生的继电特性 函数发生器的波形选择为继电，调节“设定电位器1”，使数码管右显示继电限幅值为3.7V。 测孔联线：信号发生器（B1）函数发生器(B5)
