北交 自动控制理实验报告 与仿真.doc

自动控制原理 实验报告 教师：x老师 姓名：xxx 学号：xxx 班级：x电气班  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 1、一阶系统 3 2、二阶系统 4 四、实验数据、图形记录和实验结果分析 5 1、一阶系统实验数据及图形 5 2、二阶系统实验数据及图形 7 五、误差分析 9 实验二 控制系统串联校正 9 一、实验目的 9 二、实验内容 9 三、实验原理 10 四、图形记录及结果分析 10 1、未校正时的时域响应和波特图 10 2、串联超前校正时的时域响应 11 3、串联滞后校正环节的时域响应 12 4、结果分析 12 五、误差分析 13 实验三 采样系统研究 13 一、实验目的 13 二、实验原理 14 三．实验内容 14 四、实验结果及其分析 15 五、误差分析 17 实验四 非线性环节对系统动态过程的影响 17 一、 实验目的 17 二、 实验原理 18 三、 实验电路 18 四、实验数据及图像 19 五、分析非线性环节对系统的影响 23 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、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的阶跃响应曲线，并测定其过渡过程时间Ts。 2、建立二阶系统的电子模型，观测并记录在不同阻尼比时的阶跃响应曲线，并测定其超调量％及过渡过程时间Ts。 三、实验原理 1、一阶系统实验原理 系统传递函数为： 模拟运算电路如图1—1所示： 由图1-1得： 在实验中始终取R2=R1,则K=1，T=R2*C 取不同的时间常数T，T=0.25s，T=0.5s,T=1s。 记录不同的时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录其过渡时间Ts(Ts=3T) 2、二阶系统实验原理 其传递函数为： 令ωn=1 弧度/秒，则系统结构如图 1-2 所示： 二阶系统模拟线路如图1-3所示： 取R2*C1=1,R3*C2=1,则R4/R3=R4*C2=1/(2*)及=1/（2*R4*C2） 理论值：， 四、实验数据、图形记录和实验结果分析 1、一阶系统实验数据及图形 通过实验记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录过渡时间。 T 0.25 0.5 1 R2 250K 500K 1M C 1UF 1UF 1UF Ts实测 1.2670 2.0205 3.5545 Ts理论 0.75 1.5 3 T=0.25时，阶跃响应曲线如下图： T=0.5s时，阶跃响应曲线如下图： T=1s时，阶跃响应曲线 ： 实验结果分析：该一阶系统的单位阶跃响应为：（），T为闭环系统时间常数。从以上实验截图可明显看出:随着T增大时，增大。实验结果与理论预期相符。 2、二阶系统实验数据及图形 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，测量并记录过渡时间。 其中理论值：， 测得实验数据如下表 ζ 0.25 0.5 1.0 R4 2M 1M 500k C2 1UF 1UF 1UF σ%实测 34.8624% 16.3592% 0.1222 σ%理论 44.43% 16.32% 0% Ts 实测 9.3440 6.1218 5.3982 Ts 理论 12 6 3 =0.25时，阶跃响应曲线 =0.5时，阶跃响应曲线： =1时，阶跃响应曲线： 实验结果分析：由上图可见，当一定时，随着的增大，系统由欠阻尼过渡到临界阻尼，减小。理论上：，所以当。实验中=0.5比=1的大。实验结果与理论相符。 五、实验误差分析 实验中的电阻、电容实际值与标称值之间存在偏差，使得计算结果会出现误差；同时万用表使用时也会存在误差，还有实验条件的变化也会对结果产生影响。 实验二 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、实验原理 1、系统结构图： 其中作为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。 2、系统模拟电路： 3、未加校正时=1 4、加串联超前校正时= (a1)。 给定a=2.44,T=0.26,则= 5、加串联滞后校正时= (0b1)。 给定b=0.12,T=83.33则= 四、