《信号与控制综合实验》课程自动控制实验报告.docx

PAGE \* MERGEFORMAT 59《信号与控制综合实验》课程实 验 报 告(基本实验二:自动控制基本实验)目录正文·····················4实验十一：二阶系统的模拟与动态性能研究··············4实验十二：二阶系统的稳态性能研究结论···············13实验十四：线性控制系统的设计与校正·················44实验十七：基于内模原理的状态反馈控制···············53结论····················64心得与自我评价···············65参考文献··················65正文实验十一：二阶系统的模拟与动态性能研究实验目的掌握二阶系统的模拟与设计方法掌握二阶系统动态性能的研究方法通过实验比较不同参数对动态性能的影响实验原理典型二阶系统的方框图如图11-1所示图11-1.典型二阶系统方框图其闭环传递函数为：其中 QUOTE ，为系统阻尼比； QUOTE ，为系统无阻尼自然频率。二阶系统的模拟电路如图11-2所示图11-2.二阶系统模拟电路图该模拟电路的传输函数为：实验设备电子模拟装置；数字示波器。实验步骤按图11-2所示的电路图连接实验电路。分别设置 QUOTE ，观察并记录输入为正负方波时的输出波形实验设计的系统传输函数：当C=0.68uF， QUOTE 时，应取 QUOTE 。改变运算放大器A的电容C，重复第2步。改变运放A1的电容C为C1，C1=0.082uF设计一个一阶线性常闭环系统，并根据系统的阶跃输入响应确定该系统的时间常数。设计的一阶线性常闭环系统电路图如图11-3所示：图11-3.一阶线性常闭环系统电路图实验数据及分析当C=0.68uF时，分别设置 QUOTE ，其对应的波形图如下图所示。当R2=9k QUOTE 时， QUOTE ，波形图如图11-4所示图11-4. QUOTE 过阻尼波形图当R2=4.14k QUOTE 时， QUOTE ，波形图如图11-5所示图11-5. QUOTE 临界阻尼波形图当R2=1 QUOTE 时， QUOTE ，波形图如图11-6所示图11-6. QUOTE 欠阻尼波形图将A4的输入与输出短接， QUOTE ，波形图如图11-7所示图11-7. QUOTE 无阻尼波形图当C=0.082uF时，分别设置 QUOTE ，其对应的波形图如下图所示当R2=10k QUOTE 时， QUOTE ，波形图如图11-8所示图11-8. QUOTE 过阻尼波形图当R2=4.14k QUOTE 时， QUOTE ，波形图如图11-9所示图11-9. QUOTE 临界阻尼波形图当R2=1 QUOTE 时， QUOTE ，波形图如图11-10所示图11-10. QUOTE 无欠阻尼波形图当R2+10k QUOTE 时， QUOTE ，波形图如图11-11所示图11-11. QUOTE 无阻尼波形图由实验数据可知，通过调节R2可以调节系统的增益K、 QUOTE 。R2增大，则K增大， QUOTE 不变，则系统超调一阶线性常闭环系统设计。C=0.68uF,输出波形如图11-12所示。图11-12. 一阶线性常闭环系统输出波形当输出为63%Vp时，对应的时间为1 QUOTE .则图中可以看出 QUOTE 。理论值 QUOTE 。实验思考题 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图。此时能知道系统中的阻尼比ζ体现在哪一部分吗？如何改变ζ的数值？答：取C=0.68μF，则得方框图如下：11KK1消除内环后系统方框图：1RC1K由传输函数：可以看出，阻尼比体现在一次项系数上，通过调节R2的大小调节K1.可以改变系统的阻尼比ζ。当线路中的A4运放的反馈电阻分别为8.2k，20k，28k，40k，50k，102k，120k，180k，220k时计算系统的阻尼比ζ=？答：根据 QUOTE 。阻尼比ζ分别为1.287、2.123、2.687、3.536，4.246、7.920、9.192、13.435、16.263。用实验线路如何实现ζ=0？当把A4运放所形成的内环打开时，系统主通道由2个积分环节和一个比例系数为1的放大器串联而成，主反馈仍为1，此时的ζ=？答：把运算放大器A4的输入和输出端子短接即使得R2+10=0便使得ζ=0；此时的ζ=0。如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？答：可能会引起失真现象。使得实验结果不准确。在电路模拟系统中，如何实现单位负反馈？答：在反馈回路中接一个K为1的比例环节即可。惯性环节中的时间常数T改变意味着典型二阶系统的什么值发生了改变？ σp