机电控制工程基础实验报告(实验).docVIP

西华大学实验报告（理工类） 开课学院及实验室：电气信息专业实验中心 6a-201 实验时间 ：2016年 5 月 日 学 生 姓 名 学 号 成 绩 学生所在学院 汽车与交通学院 年级/专业/班 课 程 名 称 机电控制工程基础 课 程 代 码 106017279 实验项目名称 典型系统的瞬态响应 项 目 代 码 指 导 教 师 项 目 学 分 一、实验目的 通过模拟实验，定性和定量地分析二阶系统的两个参数T和ζ对二阶系统动态性能的影响。 通过模拟实验，定性和定量地分析系统开环增益K对系统稳定性的影响。 二、实验原理 1．典型的二阶系统稳定性分析 结构框图如下图所示。 图1-1 系统开环传递函数为： 先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图1-2)， 系统闭环传递函数为： 其中自然振荡角频率： 阻尼比： 对应的模拟电路图：如图1-2所示。（其中R取10 KΩ，50 KΩ，160 KΩ，200 KΩ） 图1-2 三、实验设备、仪器及材料 TDN-AC/ACS教学实验系统、导线 四、实验步骤（按照实际操作过程） 1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试 (1) 按模拟电路图1-2接线，将阶跃信号接至输入端，取R = 10K。 (2) 用示波器观察系统响应曲线C(t)，测量并记录超调MP、峰值时间tp和调节时间tS。 (3) 分别按R = 50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线C(t)，测量并记录性能指标MP、tp和tS，及系统的稳定性。并将测量值和计算值(实验前必须按公式计算出)进行比较。将实验结果填入表1-1中。 五、实验过程记录(数据、图表、计算等) 参数 项目 R KΩ K l/s ωn l/s C(tp) C(∞) tp ts 阶跃响应曲线 计算值 测量值 计算值 测量值 计算值 测量值 0ζ1 欠阻尼 10 50 ζ=1 临界 阻尼 160 ζ1 过阻尼 200 表1-1 六、实验结果分析及问题讨论 西华大学实验报告（理工类） 开课学院及实验室：电气信息专业实验中心 6a-201 实验时间 ：2016年 5 月 日 学 生 姓 名 学 号 成 绩 学生所在学院 汽车与交通学院 年级/专业/班 课 程 名 称 机电控制工程基础 课 程 代 码 106017279 实验项目名称 线性系统的频率响应分析 项 目 代 码 指 导 教 师 项 目 学 分 一、实验目的 掌握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函。 掌握实验方法测量系统的波特图。 二、实验原理 1．频率特性 当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率 ( ω由0变至 ∞ ) 而变化的特性。频率响应法的基本思想是：尽管控制系统的输入信号不是正弦函数，而是其它形式的周期函数或非周期函数，但是，实际上的周期信号，都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数展开为各种谐波分量；而非周期信号也可以使用富氏积分表示为连续的频谱函数。因此，根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。 2．线性系统的频率特性 系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比）（ωjΦ和相位差）（ωjΦ∠随角频率 (ω由0变到∞) 变化的特性。而幅值比）（ωjΦ和相位差）（ωjΦ∠恰好是函数）（ωjΦ的模和幅角。所以只要把系统的传递函数）（sΦ，令ωjs=，即可得到）（ωjΦ。我们把）（ωjΦ称为系统的频率特性或频率传递函数。当ω由0到∞变化时， ）（ωjΦ随频率ω的变化特性成为幅频特性，）（ωjΦ∠随频率ω的变化特性称为相频特性。幅频特性和相频特性结合在一起时称为频率特性。 3．频率特性的表达式 (1) 对数频率特性：又称波特图，它包括对数幅频和对数相频两条曲线，是频率响应法中广泛使用的一组曲线。这两组曲线连同它们的坐标组成了对数坐标图。 (2) 极坐标图 (或称为奈奎斯特图) 本次实验中，采用对数频率特性图来进行频域响应的分析研究。实验中提供了两种实验测试方法：直接测量和间接测量。 直接频率特性的测量 用来直接测量对象的输出频率特性，适用于时域响应曲线收敛的对