东华大学自控实验——第二份实验报告.doc

《自动控制原理实验》 实验报告（二） 一、Simulink仿真 二、自控原理模拟实验 （线性系统的时域分析） 姓名： 刘克勤 学号：110901112 班级：自动化1104班 指导老师：石洪瑞 东华大学信息学院 MP5.6为了保持飞机的航向和飞行高度，人们设计了如图MP5.6所示的飞机自动驾驶仪。 (a) 假设框图中的控制器是固定增益的比例控制器 ，输入为斜坡信号，利用matlab计算并以曲线显示系统的斜坡响应，求出10s后的航向角误差。 (b) 为了减小稳态跟踪误差，可以采用较复杂的比例积分控制器(PI)，即 试重复(a)中的仿真计算，并比较这两种情况下的稳态跟踪误差。 图MP5.6 飞机自动驾驶仪框图 解：Simulink仿真原理图 ： 运行结果如下： (b)解：Simulink仿真原理图 ： 运行结果如下： MP5.7 导弹自动驾驶仪速度控制回路的框图如图MP5.7所示，请用MATLAB/Simulink求系统的单位阶跃响应，并求出峰值、超调量，峰值时间、调整时间。 . 图MP5.7 导弹自动驾驶仪速度控制回路 解：Simulink仿真原理图： 仿真结果： 峰值时间：Tp=0.1062；峰值：Mp=1.294；超调量：P.O.=(1.294-1)/1=0.294=29.4% 。 系统稳态值为1，根据2%的误差准则，系统稳定到0.98时的调整时间约为：Ts=2.539。 MP5.8 设计如下系统的Simulink仿真图，求系统的阶跃响应曲线及超调量、调整时间。 图MP5.8 非单位反馈控制系统 解：Simulink仿真原理图： 运行结果： 由系统稳态值为0.5，根据2%的误差准则，系统稳定到0.51的时间即为调整时间Ts=39.05。 为了精确观察峰值点，作出0-5时间内的阶跃响应曲线如下： 得峰值Mp=0.9785，超调量P.O.=(0.9785-0.5) /0.5=0.957=95.7% 。 MP5.9 使用Simulink求系统的斜坡输入响应曲线，，并求稳态误差。 图MP5.9 单位反馈控制系统 Simulink仿真原理图： 斜坡输入响应曲线如下： 稳态误差： s=0 Kv=10/(s^2+20*s+75) Ess=1/Kv s = 0 Kv = 0.1333 Ess = 7.5000 得系统误差为7.5。 自控原理模拟实验 线性系统的时域分析 一、典型系统的时域响应和稳定性分析 1.实验目的 (1)研究二阶系统的特征参数（）对过渡过程的影响。 (2)研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线和系统的稳定性。 (3)熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。 2.实验原理及内容 (1)典型的二阶系统性能分析 结构框图 模拟电路图 系统的开环传递函数 实验内容 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。图1.14中的： (2)典型的三阶系统性能分析 结构框图 模拟电路图 系统的开环传递函数 实验内容 实验前由Routh判据得Routh阵列为： 为保证系统稳定，第一列各值应为正数： 得： 3.实验步骤 (1)将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关分别设在“方波”挡和“500ms~12s”挡，调节调幅和调频电位器，使得”OUT“端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。 (2)典型二阶系统瞬态性能指标的测试 按模拟电路图1.14接线，将方波信号接至输入端，取R=30K. 用示波器观察系统的响应曲线C(t)，测量并记录超调量，峰值时间和调整时间。 分别按R=20K,40K,100K,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及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较。将实验结果填入下表内。 (3)典型三阶系统的性能 按图1.16接线，将方波信号接至输入端，取R=30K。 观察系统的响应曲线，并记录波形。 减小开环增益（R=41.7K;100K），观察响应曲线，并将实验结果填如下表内。 4.实验现象及数据 二阶系统记录表 参数 项目 R (KΩ) ωn ζ C(tp) C(∞) K Mp(%) Tp (s) Ts (s) 响应情况 理论值 测量值 理论值 测量值 理论值 测量值 20 7.07 0.35 1.33 1 10 31 33 0.47 0.46 1.61 1.79 衰减振荡 30 5.78 0.43 1.22 1 6.7 22 22 0.60 0.59 1.60 1.90 衰减振荡 40 5 0.5 1.17 1 5 1