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自动控制原理实验任务书
《自动控制原理》实验任务书
实验一 典型线性环节的模拟
一. 实验目的:
1、了解并掌握XMN-2自动控制原理学习机的使用方法,掌握典型线性环节模拟电路的构成方法,培养学生实验技能;
2、熟悉各种典型线性环节的阶跃响应曲线;
3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二. 实验要求:
1、观测各种典型环节的阶跃响应曲线;
2、观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响。
三. 实验仪器:
1、XMN-2型自动控制原理学习机;
2、CAE-PCI计算机辅助实验系统;
3、数字万用表;
4、台式计算机。
四. 实验任务
总体要求:利用所提供的仪器设备,完成典型线性环节(比例环节、积分环节、惯性环节)的模拟,以及阶跃响应。
1、比例(P)环节
传递函数:
系统阶跃输出:
对上式进行拉氏反变换得:,
其中,取 ,,则。
2、积分(I)环节
传递函数:
系统阶跃输出:
对上式进行拉氏反变换得:,
其中,取 ,,则。
3、一阶惯性环节
传递函数:
系统阶跃输出:
对上式进行拉氏反变换得:,
其中,,取 ,,则,。
实验二 二阶系统的阶跃响应
一. 实验目的:
1、学习二阶系统的阶跃响应曲线的实验方法;
2、研究二阶系统的两个重要参数、对阶跃瞬态响应指标的影响。
二. 实验要求:
1、观测二阶系统的阶跃响应曲线;
2、观测参数变化对二阶系统阶跃响应的影响。
三. 实验仪器:
1、XMN-2型自动控制原理学习机;
2、CAE-PCI计算机辅助实验系统;
3、数字万用表;
4、台式计算机。
四. 实验任务
总体要求:利用所提供的仪器设备,完成二阶系统的模拟,以及阶跃响应。
典型二阶系统方块图如图所示。
-—无阻尼自然频率;-—阻尼比。
其闭环频率响应为:
其中,。
模拟电路图如图所示:
运算放大器运算功能如下,
――积分;
――积分;
――反相;
――反相比例。
,
调整,使();取,,使 (rad/s),加入单位阶跃扰动,记录响应曲线;
保持不变,阶跃扰动不变,取,,使 (rad/s),记录响应曲线;
保持rad/s不变,阶跃扰动不变,调整,使();,记录响应曲线;
将上述曲线对比,观测、的变化对响应曲线的影响,尤其是,。
实验三 二阶系统的频率响应
一. 实验目的:
1、学习频率特性的实验测试方法;
2、掌握根据频率响应实验结果绘制Bode图的方法;
3、根据实验结果所绘制的Bode图,分析二阶系统的主要动态特性(Mp,ts)
二. 实验要求:
1、观测二阶系统的阶跃响应曲线;
2、观测参数变化对二阶系统阶跃响应的影响。
三. 实验仪器:
1、XMN-2型自动控制原理学习机;
2、CAE-PCI计算机辅助实验系统;
3、数字万用表;
4、台式计算机。
四. 实验任务
总体要求:利用所提供的仪器设备,完成二阶系统的模拟,以及阶跃响应。
典型二阶系统方块图如图所示。
其中,。
模拟电路图如图所示:
选定R,C,Rf值,使,ξ=0.2;
用CAE98的正弦波作为系统的输入信号,即x(t)=XSint,稳态时其响应为 y(t)=Ysin(t+φ);
改变输入信号的频率,使角频率分别等于(或接近等于)0.2,0.4,0.6,0.8,0.9,1.0,1.2,1.4,1.6,2.0,3.0rad/s,稳态时,记录屏幕显示的正弦输入x(t)=XSint和正弦输出响应y(t)=Ysin(t+φ) 。记录曲线序号依次记作;
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