机械控制理论实验报告 (3000字) - 实验报告 - 书业网.doc

机械控制理论实验报告 (3000字) - 实验报告 - 书业网 机械控制理论 实验报告 实验一、一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响 ● 实验目的 通过实验加深理解如何将一个复杂的机电系统传递函数看做由一些典型环节组合而成，并且使用运算放大器来实现各典型环节，用模拟电路来替代机电系统，理解时间响应、阶跃响应函数的概念以及时间响应的组成，掌握时域分析基本方法 。 ● 实验原理 使用教学模拟机上的运算放大器，分别搭接一阶环节，改变时间常数T，记录下两次不同时间常数T的阶跃响应曲线，进行比较。 典型一阶环节的传递函数： G（S）=K（1+1/TS） 其中： T?RC K?R2/R1 典型一阶环节的单位阶跃响应曲线： ● 实验方法与步骤 1）启动计算机，在桌面双击“Cybernation_A.exe”图标运行软件，阅览使用指南。 2）检查USB线是否连接好，电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 3 ）在实验项目下拉框中选中本次实验，点击 按钮，参数设置要与实验系统参 数一致，设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可继续进行实验。 ● 实验内容 1、一阶比例环节的传递函数及模拟电路与实验曲线 G（S）= ? R2/R1 2、惯性环节的传递函数及模拟电路与实验曲线 G（S）= ? K/TS+1 T?RC K?R2/R1 3、分析T、K对系统的影响 对比以上两组实验可以得出，当系统在R2处并联一个电容C时，系统由比例环节变为惯性环节，T值增大，系统响应时间变慢，达到稳定值的时间延长；而K值增大时，一阶典型环节的响应曲线幅值增大。 实验二、二阶环节的阶跃响应及时间参数的影响 ● 实验目的 1. 学会建立典型的二阶系统数学模型与传递函数。 2、加深对系统瞬态误差与稳态误差等概念的理解。 3、研究二阶系统的特征参数，阻尼比?和无阻尼自然频率?n对系统动态性能的影响。定量分析 ? 和?n与最大超调量Mp和调节时间tS之间的关系。 4. 掌握二阶系统时域性能指标的测量方法。 ● 实验原理 1、二阶系统的数学建模 二阶系统是由一个比例环节和两个惯性所构成，参考电路图如下： 2、二阶系统单位反馈方块图为： 3、二阶系统单位反馈传递函数为： 其中：K为开环增益、k为闭环增益、?为系统阻尼比、?n为系统固有频率。 4、不同阻尼比下二阶系统的单位阶跃响应曲线 ● 实验方法与步骤 实验方法同上，在参数设置对话框中设置目的电压U1=1000mV。 1、先做二阶系统的开环时域响应，观察其曲线的变化。 2、将二阶开环系统进行单位反馈，组成二阶闭环系统，观察闭环响应曲线 （注意：单位反馈的接连）。 ● 实验内容 二阶系统的闭环电路与实验曲线 1、当K=9、T1=0.2s、T2=0.2s，可得到ζ=0.316、ωn=15.811 - 5 - 2、当K=3、T1=0.2、T2=0.2时，可得到ζ=0.5、ω=10 - 6 - 2、分析二阶系统性能指标Mp、Ts与ζ、ω的关系 分析实验数据可以得到：超调量Mp只与阻尼比 ζ有关，阻尼比增大，超调量减小。而调整时间Ts与系统的无阻尼自然频率ω及阻尼比ζ成反比。 实验三、零点、极点分布对二阶系统瞬态响应的影响 ● 实验目的： 加深理解零点对二阶系统瞬态响应的影响其中包括： 1、若系统的极点相同，而零点不同（有无零点），对系统的影响。 2、若系统的极点相同，而零点距虚轴的位置不同，对系统的影响。 3、加深理解零点在系统中的作用，学会采用增加零点方法提高系统的阻尼比。 ● 实验原理 1、系统加入零点的模型方块图： 2、零点对二阶系统瞬态响应的影响，单位阶跃响应曲线的对比： R - 7 - ● 实验方法