北交 自动控制原理实验报告 与仿真.docx

自动控制原理

实验报告

教师：x老师

姓名：xxx学号：xxx

班级：x电气班

自动控制原理 实验报告

目录

实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 3

一、实验目的 3

二、实验内容 3

三、实验原理 3

1、一阶系统实验原理 3

2、二阶系统实验原理 4

四、实验数据、图形记录和实验结果分析 5

1、一阶系统实验数据及图形 5

2、二阶系统实验数据及图形 7

五、实验误差分析 10

实验二 控制系统串联校正 10

一、实验目的 10

二、实验内容 11

三、实验原理 11

四、图形记录及结果分析 12

1、未校正时的时域响应和波特图 12

2、串联超前校正时的时域响应 12

3、串联滞后校正环节的时域响应 13

4、结果分析 14

五、误差分析 15

实验三 采样系统研究 15

一、实验目的 15

二、实验原理 16

三．实验内容 17

四、实验结果及其分析 18

五、误差分析 21

实验四非线性环节对系统动态过程的影响 21

一、实验目的 21

二、实验原理 21

三、实验电路 23

四、实验数据及图像 23

五、分析非线性环节对系统的影响 29

2

北京交通大学电气x班嘻嘻嘻嘻嘻嘻嘻、

实验一 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时的阶跃响应曲线，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?时的阶跃响应曲线，并测定其超调量?％及过渡过程时间Ts。

三、实验原理

1、一阶系统实验原理

系统传递函数为：?(s)?C(S)? K

R(S) TS?1

模拟运算电路如图1—1所示：

3

自动控制原理 实验报告

R

2

由图1-1得：Uo(s)= R1 = K

Ui(s) CSR+1 Ts+1

2

在实验中始终取R2=R1,则K=1，T=R2*C

取不同的时间常数T，T=0.25s，T=0.5s,T=1s。

记录不同的时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录其过渡时间

Ts(Ts=3T)

2、二阶系统实验原理其传递函数为：

C(S) ?2

?(S)? ???n

R(S) (S2?2??

n

S??2)

n

令ωn=1 弧度/秒，则系统结构如图 1-2 所示：

二阶系统模拟线路如图1-3所示：

4

北京交通大学电气x班嘻嘻嘻嘻嘻嘻嘻、

取R2*C1=1,R3*C2=1,则R4/R3=R4*C2=1/(2*?)及?=1/（2*R4*C2）

理论值：t

s

? 3 (??0.05)，?% ?e

??

n

? ? ?

1??2

?100%

四、实验数据、图形记录和实验结果分析

1、一阶系统实验数据及图形

通过实验记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录过渡时间。

T

R2C

0.25

250K

1UF

0.5

500K

1UF

1

1M

1UF

Ts实测

1.2670

2.0205

3.5545

Ts理论

0.75

1.5

3

5

自动控制原理 实验报告

T=0.25时，阶跃响应曲线如下图：

T=0.5s时，阶跃响应曲线如下图：

6

北京交通大学电气x班嘻嘻嘻嘻嘻嘻嘻、

T=1s时，阶跃响应曲线

：

实验结果分析：该一阶系统的单位阶跃响应为：c(t)?1?e?tT（t?0），

T为闭环系统时间常数。从以上实验截图可明显看出:随着T增大时，

t增大。实验结果与理论预期相符。

s

2、二阶系统实验数据及图形

1??2?取不同的值?=0.25，?=0.5， ?=1,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量?

1??2

其中理论值：t

s

? 1 ln 1

? 1

? 1??2

n

? 3 (??0.05,

??

n

?1)，

?1??

?

1??2

?% ?e ?100%

7

自动控制原理 实验报告

测得实验数据如下表

ζ

R4C2

0.25

2M

1UF

0.5

1M

1UF

1.0

500k

1UF

σ%实测

34.8624%

16.3592%

0.1222

σ%理论

44.43%

16.32%

0%

Ts 实测

9.3440

6.1218

5.3982

Ts 理论

12

6

3

=0.25时，阶跃响应曲线

8

北京交通大学电气x班嘻嘻嘻嘻嘻嘻嘻、

?=0.5时，阶跃响应曲线：

?

?=1时，阶跃响应曲线：