南理工機(jī)械院控制工程基礎(chǔ)實驗報告方案

1、5 / 9實驗1模擬控制系統(tǒng)在階躍響應(yīng)下的特性實驗一、實驗?zāi)康母鶕?jù)等效仿真原理，利用線性集成運(yùn)算放大器及分立元件構(gòu)成電子模擬器, 以干電池作為輸入信號，研究控制系統(tǒng)的階躍時間響應(yīng)。、實驗內(nèi)容研究一階與二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變，對系統(tǒng)階躍時間響應(yīng)的影響三、實驗結(jié)果及理論分析1. 一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)a.電容值IuF,階躍響應(yīng)波形:IS-N(JV-15 Wr16=496k?其中TR2CUc( )(RR2)Ur誤差原因分析： 電阻值及電容值測量有誤差； 干電池電壓測量有誤差； 在示波器上讀數(shù)時產(chǎn)生誤差； 元器件引腳或者面包板老化，導(dǎo)致電阻變大； 電池內(nèi)阻的影響輸入電阻大小。 在C=4.4uF的實驗中，受硬

2、件限制，讀數(shù)誤差較大3二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)a.阻尼比為0.1 ,階躍響應(yīng)波形:帯寬限制b.阻尼比為0.5,階躍響應(yīng)波形:c.阻尼比為0.7 ,階躍響應(yīng)波形:d.阻尼比為1.0,階躍響應(yīng)波形:IBS ： - JCHI3H:4二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)表RW（ ?）峰值時間tp（S）Uo(tp)(V)調(diào)整時間ts（ S）穩(wěn)態(tài)終值US（ V）超調(diào)（%）MP震蕩次數(shù)N0.1454k0.34.82.82.9562.760.552.9k0.43.30.52.9511.910.724.6k0.43.00.32.922.711.02.97k1.02.981.02.9800四、回答問題1. 為什么要在二階模擬系統(tǒng)中設(shè)置開

3、關(guān)K1和K2,而且必須同時動作？答：K1的作用是用來產(chǎn)生階躍信號，撤除輸入信后，K2則是構(gòu)成了 C2的放 電回路。當(dāng)K1 一旦閉合（有階躍信號輸入），為使C2不被短路所以K2必須斷開， 否則系統(tǒng)傳遞函數(shù)不是理論計算的二階系統(tǒng)。 而K1斷開后，此時要讓C2盡快放 電防止燒壞電路，所以K2要立即閉合。2. 為什么要在二階模擬系統(tǒng)中設(shè)置F3運(yùn)算放大器？答：反相電壓跟隨器。保證在不影響輸入和輸出阻抗的情況下將輸出電壓傳 遞到輸入端，作為負(fù)反饋。實驗2模擬控制系統(tǒng)的校正實驗一、實驗?zāi)康牧私庑Ｕ诳刂葡到y(tǒng)中的作用二、實驗內(nèi)容設(shè)計一個串聯(lián)校正裝置來改善系統(tǒng)性能，使其滿足指定的指標(biāo)要求三、實驗結(jié)果及理論分析1

4、. 系統(tǒng)校正前輸出波形：帶寬限制CHI2. 校正前二階系統(tǒng)數(shù)據(jù)表峰值時間tp ( S)Uo(tp)(V)調(diào)整時間ts(S)穩(wěn)態(tài)終值US (V)超調(diào)(%)MP震蕩次數(shù)N測量數(shù)值0.64.43.62.950.74兀器件參數(shù)R仁98.2k?,R2=98.7k?,R3=98.5k?,R4=97.8k?,R5=98.8k?R6=506k?,R7=100k?,R8=234k?,R9=98.8k?C1=1.08uF, C2=1.10uF, C3=1.2.87uF理論數(shù)值0.54.63.52.96043. 系統(tǒng)校正后輸出波形:T / 94. 校正后二階系統(tǒng)數(shù)據(jù)表峰值時間tp ( S)Uo(tp)(V)調(diào)整時間

5、ts(S)穩(wěn)態(tài)終值US (V)超調(diào)(%)MP震蕩次數(shù)N測量數(shù)值0.23.10.32.926.21系統(tǒng)校正后，達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時間大大縮短，而且振蕩過程中超調(diào)量也變得很小, 總之，系統(tǒng)校正后穩(wěn)定性大大提高。四、回答問題1. 校正前系統(tǒng)的輸出為何與輸入反相？答：因為校正前輸入信號經(jīng)過了三個放大器， 而且每次都是從放大器負(fù)引腳 輸入，所以每經(jīng)過一次信號反相一次，三次之后輸出信號正好與輸入信號反相?；蛘哒f，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)中還有一個“一”。2. 校正后的系統(tǒng)電模擬線路原理圖中F5的作用是什么？答：反相電壓跟隨器。保證在不影響輸入和輸出阻抗的情況下將輸出電壓傳 遞到輸入端，作為負(fù)反饋。實驗3模擬一階系統(tǒng)頻率特性

6、測試實驗一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)頻率特性的測試方法，根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，繪制一階慣性環(huán)節(jié)的開環(huán)Bode圖，并求取系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)二、實驗內(nèi)容利用頻域法的理論，有一階系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性分析其閉環(huán)系統(tǒng)的特性。三、實驗結(jié)果及理論分析1. 頻率特性數(shù)據(jù)記錄表設(shè)計頻率值(HZ)20405060708090100110120150實測頻率值(HZ)20.2840.8849.9559.8170.9279.6290.09100.2110.6120.2150.4輸入峰-峰值(V)1.881.961.962.002.002.002.002.002.002.002.00周期T49.3624.5020.1016.7614.1

7、212.5611.0810.029.608.306.65輸 岀峰-峰值(V)6.163.643.002.602.202.001.761.601.481.321.08相移7.204.804.003.503.002.702.402.202.101.901.50頻率 特 性幅頻3.281.861.531.301.101.000.880.800.740.660.54相頻-52.5-70.5-71.6-75.1-76.4-77.3-77.9-79.0-78.7-82.4-81.2元件實測參數(shù)R=9.91(K ) R2=9.91(K ) Rs=9.91(K ) R4=10.16(K ) F6=10.12(

8、K )Rt=9.86(K ) R8=51.8(K ) C1=1.04( F)理論 計 算幅頻3.151.851.551.311.121.000.890.800.730.670.54相頻-51.8-68.7-72.3-75.0-77.3-78.6-79.9-80.9-81.8-82.4-83.92. 幅頻特性曲線:R=信曲 H Y 重制 - 剛- *+-r3.相頻特性曲線4.結(jié)果分析根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分別繪制系統(tǒng)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。與理論曲線對比可以發(fā)現(xiàn)：幅頻特性曲線與理論曲線比較接近， 相頻特性曲線與理論曲線有一 定偏差。分析誤差原因，有以下幾種可能： 在示波器屏幕上的讀數(shù)精度低，讀數(shù)的誤差較大； 阻容元件不是完全的理想模型，真實相頻曲線和理論相頻曲線有偏差。 電路中有噪聲干擾。實驗4數(shù)字伺服系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)的演示實驗一、實驗?zāi)康耐ㄟ^對計算機(jī)控制的電液伺服系統(tǒng)、數(shù)字伺服系統(tǒng)（小功率電機(jī)控制系統(tǒng)） 的介紹，使學(xué)生了解控制理論的工程實際應(yīng)用。二、實驗內(nèi)容通過兩套實際系統(tǒng)的