北航自動控制原理實驗報告_含數(shù)據(jù)

1、自動控制原理實驗報告冊班級：學(xué)號：姓名：2010年1月2日實驗一 一、二階系統(tǒng)的電子模擬及時域響應(yīng)的動態(tài)測試.3實驗二頻率響應(yīng)測試 8實驗三控制系統(tǒng)串聯(lián)校正 18二階系統(tǒng)的電子模擬及時域響應(yīng)的動態(tài)測試一、實驗?zāi)康?、了解一、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)及其性能指標(biāo)與系統(tǒng)參 數(shù)之間的關(guān)系。2、學(xué)習(xí)在電子模擬機上建立典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模型的方 法。3、學(xué)習(xí)階躍響應(yīng)的測試方法。二、實驗內(nèi)容1、建立一階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同時間 常數(shù)T時的階躍響應(yīng)曲線，并測定其過渡過程時間 Ts。2、建立二階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同阻尼 比時的階躍響應(yīng)曲線，并測定其超調(diào)量及過渡過程 時間。三、實驗原理1.一階系統(tǒng)：系

2、統(tǒng)傳遞函數(shù)為：$ (s)=-模擬運算電路如圖1-1所示：Ui圖1-1由圖i-i得匸y.在實驗當(dāng)中始終取 R2= R1，則K=1, T= R2O不同的時間常數(shù)T分別為：0.25、0.5、12.二階系統(tǒng)：半r其傳遞函數(shù)為： - 令3 n=1弧度/秒，則系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-2所示：圖1-2取R2C1=1 ,R3C2 =1,Z 取不同的值 Z =0.25 , z =0.5 , z =1實驗電路圖:一階：二階:四、實驗數(shù)據(jù)表根據(jù)實驗要求選取的參數(shù)如下:一階T0.250.51R2510K510K1MC0.47 卩1M1(1Ts實測0.71901.57903.0900Ts理論0.751.53二階一階：Z0.25

3、0.51R42M1M470KC21卩1卩1卩a%實測40.146016.14080a%理論44.434416.30340Ts實測10.87905.43804.8780Ts理論1474.75五、實驗結(jié)果圖注：時間軸單位：t/10ms，下面實驗同。依次取 Z =0.25、0.5、1.0二階:六、數(shù)據(jù)分析實驗數(shù)據(jù)結(jié)果與理論數(shù)據(jù)間存在差異，主要原因在于用510千歐電阻代替500歐電阻，其他原因包括模擬程序中各 元件的實際物理值與理論之間存在差異，實際運行中會有互相之間的干擾，外界的干擾、儲能元件放電不完全等，導(dǎo)致 了最終實際模擬結(jié)果與理論之間有一定差異。七、實驗總結(jié)本次實驗過程中表現(xiàn)出來的主要問題是對

4、實驗儀器的不了解、對Matlab軟件的生疏、與對電器元件及導(dǎo)線的預(yù)測量 的缺失，導(dǎo)致耽誤了很長時間，直到第三次實驗時才補做完。所得數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)間的差異在誤差范圍內(nèi)，可以接受。實驗二頻率響應(yīng)測試實驗?zāi)康?.掌握頻率特性的測試原理及方法。2.學(xué)習(xí)根據(jù)所測定出的系統(tǒng)的頻率特性，確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法。實驗內(nèi)容3.測定給定環(huán)節(jié)的頻率特性。4.系統(tǒng)模擬電路圖及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分別如圖u02-1 及圖 2-2。圖2-2Uc5.系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:200取 R=200KQ，貝U 取 R=500，貝9若正弦輸入信號為Ui(t)=A1Sin(co t),貝U當(dāng)輸出達到穩(wěn)態(tài)時，其輸出信號為 Uo(t)=A2Sin( o

5、t+書)。改變輸入信號頻率 值，便可測得二組 A1/A2和書隨f(或3 )變化的數(shù) 值，這個變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。三、實驗原理1. 幅頻特性即測量輸入與輸出信號幅值A(chǔ)1及A2,然后計算其比值A(chǔ)2/A1。2. 實驗采用“李沙育圖形”法進行相頻特性的測試。以下簡單介紹一下這種測試方法的原理。設(shè)有兩個正弦信號：X( 3 t)=XmSin( 3 t) 丫( 3 t)=YmSin( 3 t+ 書)若以X(t)為橫軸，丫(t)為縱軸，而以3作為參變量，則隨著3 t的變化，X(t)和Y(t)所確定的點的軌跡，將在 X-Y平面上 描繪出一條封閉的曲線。這個圖形就是物理學(xué)上成稱為的“李薩如圖形”

6、。3 .相位差角的求法:對于 X( 3 t)=XmSin( 3 t)及丫( 3 t)= YmSin( 3 t) 當(dāng) 3 t=0 時，有 X(0)=0; Y(0)=Ym Sin(書)即書=ArcSin (Y(0)/ Ym ) , 0 1)4. 加串聯(lián)超前校正時，/ x 0.63S + 1 Gc (s)給定自二214 , T二0. 26 ，貝y0.265 + 15.加串聯(lián)滯后校正時，bTS + 1(s)二 tJ+(0心 1)10S + 1Qc fS）=給定，貝y -丨。四、實驗數(shù)據(jù)依圖線，得系統(tǒng)截止頻率 Wc （相位）穩(wěn)定裕度Pm1.未加校正Wc=1.49rad/sec Pm=-56.22.加超前

7、校正Wc=2.38rad/sec Pm=47.43.加滯后校正Wc=0.449rad/sec Pm=54.8實驗電路圖:C2-IIClIFR1Ui-VA1MQR31MQR2 VW 1MQR6 -AAA-R5 AM/ 1MQR4 J-250KQR61 -AW- IGDkQHoo o5 61 4rBode Di&gremGm -109 d6at G .00372 radsec), Pm = -56 2 deg (at 1.49 rad/sec WO500041531肆 pWWELI dIo1.五、實驗結(jié)果圖1.32521.510501002003004005006007008009001000Fr

8、equency (rad/sec2.2521.51060%10020030040050060070080090010000090Bode DiegremGm = 77 S dB (sit 269 rad/sec) , Pm 工 47.4 deg (al 2 38 rad/sec) 1Q05050532 o1o1.3.32521.51061002003004005006007008009001000Bode DiegremGm 1D4 dB (at 269 rad/sec) , Pm 54 .S deg (at 0.449 rad/sec) 5050二501-Q020io1081六、數(shù)據(jù)分析實驗結(jié)果與理論值之間存在一定差異，但在允許誤差范圍內(nèi)。從實驗數(shù)據(jù)中可以得出：添加合適的超前串聯(lián)校正環(huán)節(jié) 可以使系統(tǒng)的截止頻率增大，穩(wěn)定裕度增加，從而使系統(tǒng)的 快速性與穩(wěn)定性得到改善， 但其對高頻響應(yīng)部分的影響會使 系統(tǒng)容易受到高頻干擾信號干擾，有一定的負(fù)面；添加合適 的滯后串聯(lián)校正環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度增加，并且增強了系統(tǒng)對高頻干擾的抵抗性，但其會使系統(tǒng)的截止頻率降 低，從而對系統(tǒng)的快速性造成一定負(fù)面影響。七、實驗總結(jié)本實驗步驟較簡單、操作比較容易，加之實驗經(jīng)驗的增 長，使得本次實驗過程較順利、完成較快，并且在課上補