华中科技大学自动控制实验报告分析.docxVIP

级《信号与控制综合实验》课程实 验 报 告(基本实验一:信号与系统基本实验)姓名学号U专业班号同组者1学号U专业班号同组者2学号专业班号指导教师日期实验成绩评阅人实验评分表基本实验实验编号名称/内容（此列由学生自己填写）实验分值评分实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究实验十二二阶系统的稳态性能研究设计性实验实验名称/内容实验分值评分实验十四线性控制系统的设计与校正实验十六控制系统状态反馈控制器设计创新性实验实验名称/内容实验分值评分注：在实验11测完三个状态之后，由于所连接的电路中接线不稳定，不能得出正确的实验结果，然后和旁边的赵宇尘，张亚然一组测的后面的调节时间和上升时间。在验收的时候已经经过实验老师的同意，实验图是彩色的，在实验报告中我和一组也会尽详细的把实验原理和分析描述清楚。实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究一、实验原理典型的二阶系统可以用方框图表示为：其闭环传递函数为：Φ(S)= = = 其中，ζ=为系统的阻尼比；=为系统的阻尼自然频率。图11.2二阶系统模拟电路图系统框图二、实验目的：掌握典型二阶系统的动态性能测试方法。通过实验和理论分析计算的比较，研究二阶系统的参数对其动态性能的影响。三、实验报告（1）在实验装置上搭建二阶系统模拟电路由，ξ、和K。K =（2）分别设置ξ= 0, 0＜ξ＜1和ξ＞1,观察记录r(t)为正负方波信号时的输出波形c(t)；分析此时相对应的和并加以定性的讨论。分析：左侧是无阻尼ξ=0时，实验得到的C（t）和R（t）。其中输出是临界稳定的。讨论其和是没有意义的。图11.3 ξ=0 无阻尼分析：在0＜ξ＜1时出现了超调出现了上升时间和稳定时间。其中的时间参数可以根据上述的公式表达出来。分析：在ξ= 1和ξ＞1的情况，如左图所示，相应地不会出现超调，输出会很快地趋于稳定值。ξ代表了响应的速度快慢，其值越大，响应的速度就越快。当ξ较大，ξ较大（实验中通过调节R2来调节ξ的大小，不会影响到的大小），所以相应的速度只和ξ有关，参考的公式如下：K =图11.4 0＜ξ＜1有阻尼图11.5 ξ= 1，且较小图11.6 ξ＞1，且较大注：在测完三个状态之后，由于所连接的电路中接线不稳定，不能得出正确的实验结果，然后和旁边的一组测的后面的调节时间和上升时间。在验收的时候已经经过实验老师的同意使用【CURSOR】菜单下的光标1和光标2测得在2%或者5%的稳定时间。步骤：①使用【CURSOR】显示两个光标②计算幅值的2%③用横光标标出和稳定值相差2%④切换光标变成纵向的显示⑤调节其中一个光标到初始位置⑥读取2%的稳定时间分析：可以看出在阻尼0＜ξ＜1时，当ξ较大时，其稳第一次达到峰值的时间和2%稳定时间分别是：=（arctan（）+π）根据实验可以得出以下结论：①当ξ比较小时，会比较大，系统输出需要比较长的时间才能趋于稳定。图中是60ms达到2%稳定。②当ξ比较大时，对应的调节时间较短，系统输出比较快地趋于稳定，图中是50ms达到2%稳定。③相应的当ξ变化时，对应的第一次达到稳定值的时间，也就是上升时间也会随之变化，实验通过调节 R2调节，R的值是不变化的，所以是不变的，那么对应的T r是会随着ξ的增大而略微有所增大。注：实验时，电路的电线接线不稳定，只测出了不同的阻尼比情况下的响应曲线，本页的实验图是和张亚然，赵宇尘一组的相同，故是彩色。验收前已经经过老师的同意。图11.10 有阻尼，当ξ比较大时图11.11 有阻尼，当ξ比较小时（3）分析开环增益K和T对系统动态性能的影响。K =①T是和成反比的。T越大，响应越慢，要较长的时间才趋于稳定值。②K越大，K =则R越大C越大，阻尼比越小，越小，越小，变小，超调量变大了，越小，响应的速度变慢四、思考题1、答：实验模拟电路图对应的方框图如下所示：消除内环系统后，所变成的单位反馈的典型结构图如下所示： 实验模拟实验化简方框图与标准的二阶系统相比，阻尼比ζ体现在内环反馈通道的增益与电阻R和R2有关，改变这两个电阻的相对关系即可改变阻尼比ξ的值。答：当取C=0.68μF，得闭环传递函数为，由此可得，此处的R2等效于图中的R2+10k：故由上式可分别得：R2=8.2k，ξ=0.58;R2=20k，ξ=1.41;R2=28k，ξ=1.98;R2=40k，ξ=2.83;R2=50k，ξ=3.53;R2=102k，ξ=7.21;R2=120k，ξ=8.48;R2=180k，ξ=12.73;R2=220k，ξ=15.56.3、答：将A4形成的内环打开，闭环传递函数的特征方程s的一次项将不存在，所以此时ζ＝04、答：将会导致输出运放饱和，波形失真，尤其是当内环增益很大时。5、答：若此时信号与输入信号反向，将输出通过一个与