控制工程基础实验报告.doc

控制工程基础实验报告 院系名称： 机电工程学院 专业班级： 机械09-3班 学生姓名： 王贺 学号： 2009041302 指导教师： 赵弘 完成日期 2012年 6 月 6 日  实验一 典型环节及其阶跃响应 实验目的 1．学习构成典型环节的模拟电路。 2．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 3．学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。 4．熟悉仿真分析软件。 实验内容 各典型环节的模拟电路如下： 比例环节 惯性环节 积分环节 微分环节 改进微分环节 比例微分环节 实验步骤 1．用Workbench连接好比例环节的电路图，将阶跃信号接入输入端，此时使用理想运放; 2．用示波器观察输出端的阶跃响应曲线，测量有关参数;改变电路参数后，再重新测量,观察曲线的变化。 3． 将运放改为实际元件，如采用“LM741,重复步骤2。 4． 记录波形和数据。 5． 仿真其它电路，重复步骤2，3，4。  实验总结 通过这次实验，我对典型环节的模拟电路有了更加深刻的了解,也熟悉了各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对典型环节动态特性的影响；熟悉仿真分析软件。这对以后的控制的学习有很大的帮助。 实验二 二阶系统阶跃响应 实验目的 1． 研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率ωn对系统动态性能的影响。 2． 学会根据阶跃响应曲线确定传递函数，熟悉二阶系统的阶跃响应曲线。 实验内容 二阶系统模拟电路如图： 思考：如何用电路参数表示ξ和ωn 实验步骤 1． 在workbench下连接电路图；将阶跃信号接入输入端，用示波器观测记录响应信号； 2．取ωn=10rad/s,即令R=100K,C=1uf：分别取ξ=0，0.25,0.5,0.7,1,2, 即取R1=100K,考虑R2应分别取何值，分别测量系统阶跃响应，并记录最大超调量δp%和调节时间ts。 3． 取ξ=0.5，即R1=R2=100K；ωn=100rad/s，即取R=100K，C=0.1uf，注意：两个电容同时改变，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量δp%和调节时间ts。 4． 取R=100K，C=1uf，R1=100K，R2=50K，测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录最大超调量δp%和调节时间ts的数值。 5． 记录波形及数据。 6. 取C=1nF，比较理想运放和实际运放情况下系统的阶跃响应。 实验分析 由实验可知：二阶系统的阶跃响应的超调量δp与ωn无关： 在0ξ1时，即欠阻尼情况下，δp随ξ增大而减小，在欠阻尼情况下，ξ在0.7左右时ts 取得极值；当0ξ（阻尼比临界值），ωn 不变的情况下，t s随ξ增大而减小；当ξ，ξ越大，ts 越大。 实验总结 通过本次实验，我研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率ωn对系统动态性能的影响，同时学会根据阶跃响应曲线确定传递函数，熟悉二阶系统的阶跃响应曲线。基本完成实验任务。 实验三 控制系统的稳定性分析 实验目的 1． 观察系统的不稳定现象。 2． 研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。 实验电路图 系统模拟电路如图： 其开环传递函数： 实验步骤 1.在workbench下连接电路图；将阶跃信号接入输入端，用示波器观测记录响应信号； 2． 输入信号电压设置为1V，C=1uf，改变电位器R3，使之从0向500K方向变化，此时相应K=0-100。观察输出波形，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值；再把R3由大变小，找出系统输出产生等幅振荡时相应的R3及K值。 3．使系统工作在不稳定状态，即工作在等幅振荡情况，电容C由1uf变成0.1u，观察系统稳定性的变化。 4． 记录波形及数据。 R3=130K时 R3=110K时 当R3=76K时 当C=0.1K时  R3=76K R3=110K 实验分析 C=1uf时系统闭环传递函数: 系统特征方程： 由劳斯判据系统稳定条件：K0且10K*0.010.2*1得0K2 系统不稳定的原因：当K=2时，系统含有实部大于0的极点，根据稳定性判剧，当系统有一个或一个以上实部大于0的极点时系统不稳定。 实验结论 通过这次实验，观察系统的不稳定现象，了解系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。由闭环传函的劳斯判据，可以观察到开环增益