自动控制理实验报告张丰伟.doc

2010 级 《信号与控制综合实验》课程 实 验 报 告 (基本实验:自动控制理论基本实验) 姓 名 张丰伟 学 号 U201011871 专业班号 电气1004 同组者 彭永晶 学 号 U201011868 专业班号 电气1004 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 11、二阶系统的模拟与动态性能研究 10 13、三阶系统的模拟与研究 10 设计性实验 实验名称/内容 实验分值 评分 14、线性控制系统的设计与校正 20 16、控制系统极点的任意配置 20 创新性实验 实验名称/内容 实验分值 评分 15 教师评价意见 总分 目录 实验十一 二阶系统的模拟与动态性能研究 4 一、 任务与目标 4 二、 总体方案设计 4 三、 方案实现和具体设计 5 四、 实验设计与实验结果 5 五、 结果分析与讨论 8 六、 思考题 8 实验十三 三阶系统的模拟与研究 10 一、 任务与目标 10 二、 总体方案设计 10 三、 方案实现和具体设计 11 四、 实验设计与实验结果 12 五、 结果分析与讨论 20 六、 思考题 20 实验十四 线性控制系统的设计与校正 21 一、 任务与目标 21 二、 总体方案设计 21 三、 方案实现与具体设计 23 四、 实验设计与实验结果 29 五、 结果分析与讨论： 31 六、 思考题： 32 实验十六 控制系统极点的任意配置 32 一、 任务与目标 32 二、 总体方案设计 32 三、 方案实现和具体设计 33 四、 实验设计与实验结果 40 五、 结果分析与讨论 42 六、 思考题 42 实验心得与体会 43 参考文献 44 实验十一 二阶系统的模拟与动态性能研究 任务与目标 熟悉电子模拟装置的组成和工作原理，掌握用运算放大器构成各种典型环节的方法。学会观察动态阶跃响应曲线的方法。测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。 总体方案设计 典型二阶系统的方框图如图11-1： 图11-1.典型二阶振荡环节的方框图 其闭环传递函数为： 式中，为系统的阻尼比； ，为系统的无阻尼自然频率。 对于不同的系统，ζ和所包含的内容也是不同的。调节系统的开环增益K，或时间常数T可使系统的阻尼比分别为： 三种。实验中能观测对应于这三种情况下的系统阶跃响应曲线是完全不同的。 二阶系统可用图11-2所示的模拟电路图来模拟： 图11-2,二阶系统模拟电路图 ,，其中R=10KΩ 方案实现和具体设计 1、在实验装置上搭建二阶系统的模拟电路（参考图11-2）。 2. 分别设置ξ＝0；0＜ξ＜1；ξ＞ 1，观察并记录r(t)为正负方波信号时的输出波形C(t)；分析此时相对应的各σp、ts，加以定性的讨论。 3. 改变运放A1的电容C，再重复以上实验内容。 4. 设计一个一阶线性定常闭环系统，并根据系统的阶跃输入响应确定该系统的时间常数。 实验设计与实验结果 取C=0.68uf （1）0ξ1(取R24.14kΩ) 欠阻尼阶跃响应 （2）ξ=1(取R2=4.14kΩ) 临界阻尼阶跃响应 （3）ξ1(取R24.14kΩ) 过阻尼阶跃响应 取C=1uf ξ=0 零阻尼阶跃响应 0ξ1 欠阻尼阶跃响应 ξ=1 临界阻尼阶跃响应 ξ1 过阻尼阶跃响应 结果分析与讨论 ξ＝0时系统临界稳定，理论上是等幅振荡，但实验中由于分布参数干扰，无法做到恰好无衰减，因而振幅会略有衰减。 当0＜ξ＜1时，响应快但存在着超调量。 ξ＝1时，系统为临界阻尼。 ξ＞ 1，无超调量但响应比较慢。 ξ越小，超调量越大，ξ＝0时超调量最大，ξ1时无超调量。ξ越小，因自然振荡频率保持不变，由，调节时间ts越大。 思考题 根据实验模拟电路图绘出对应的方框图。消除内环将系统变为一个单位负反馈的典型结构图。此时能知道系统中的阻尼比ξ体现在哪一部分吗？如何改变ξ的数值？ 方框图如图： 化简后可得： 系统的阻尼比ξ体现在前向通路； 调节R2的值即可改变阻尼比ξ 当线路中的A4运放的反馈电阻分别为8.2k, 20k, 28k, 40k,50k，102k，120k，180k，220k时，计算系统的阻尼比ξ＝？ ,，其中R=10KΩ 取C=1μF，得