北航自动控制原理实验报告材料1-4合集.doc

实用文档 自动控制原理 实 验 报 告 实验一 二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验二 频率响应测试 实验三 控制系统串联校正 实验四 控制系统数字仿真 姓名： 学号：单位：仪器科学与光电工程学院 日期：2013年12月27日 实验一 二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 一、实验目的 1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3. 学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统： 系统传递函数为： ? 模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1 由图 1-1得 U 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1 2．二阶系统: 其传递函数为： ? 令ωn 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示： 图1-3 取R2C1=1 ，R3C2 =1，则 R4R ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 四、实验步骤 1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路； 2. 将系统输入端 与D/A1相连，将系统输出端 与A/D1相； 3. 检查线路正确后，模拟机可通电； 4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。 5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。 6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。 五、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块 六、实验数据 一阶系统阶跃响应，图如上，数据表如下 T 0.25 0.5 1 R2 250K 500K 1M C 1μF 1μF 1μF Ts理论 0.75s 1.5s 3.0s Ts实测 0.763s 1.543s 3.072s Ts误差 1.73% 2.87% 2.40% 响应图形 图1 图2 图3 图1 图2 图3 二阶系统阶跃响应，图如上，数据表如下 ζ 0.25 0.5 1 R4 2M 1M 500K C2 1μF 1μF 1μF σ%理论 33.08% 16.48% 0 σ%实测 33.89% 16.79% 0 σ%误差 2.45% 1.88% 0 Ts理论 8.643s 5.307s 4.724s Ts实测 8.752s 5.398s 4.808s Ts误差 1.26% 1.71% 1.78% 响应曲线 图4 图5 图6 图4 图5 图6 七、误差分析 1. 电阻的标称值和实际值有误差。 2. 运放并非理想运放，放大倍数理论参数与实际参数有误差。 3. 实验箱A/D转换时有误差。 八、实验结论 （1）一阶系统 单位阶跃响应是单调上升曲线，特性由T唯一决定，T越小，过渡过程进行的越快，系统的快速性越好。但应当注意到，在实验中T太小的时候对外界条件更加敏感，将导致外界的扰动对系统的输出特性有较大干扰，会使其输出特性曲线发生波动。一阶系统的单位阶跃响应是没有稳态误差的，这是因为:ess （2）二阶系统 ①平稳性：由曲线可以看出，阻尼比越大，超调量越小，响应的振荡倾向越弱，平稳性越好。反之阻尼比越小，振荡越强，平稳性越差。 ②快速性：由曲线的对比可以看出，过大，例如 ξ值接近于1，系统响应迟钝，调节时间 ts长，快速性差；过小，虽然响应的起始速度较快，但因为振荡强烈，衰减缓慢，所以调节时间 ts也长，快速性差。从实验中可以看到ξ=0.8时， ③稳态精度：可以看出，稳态分量随着t的增长衰减到0，而稳态分量等于1，因此从实验结果中我们可以看到对于欠阻尼和临界阻尼的情况下，单位阶跃响应是不存在稳态误差的。  实验二 频率响应测试 一、实验目的 1. 掌握频率特性的测试原理及方法。 2. 学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。 二、实验内容 1. 测定给定环节的频率特性。 2. 系统模拟电路图如下图： 图2-1 3. 系统传递函数为： 取R=200KΩ，则 G 取R=100KΩ，则 G 若正弦输入信号为Ui(t)=A1Sin(ωt),则当输出达到稳态时，其输出信号为Uo(t)=A2Sin(ωt+ψ)。改变输入信号