自控實驗報告(原版)

1、自動控制原理實驗報告姓 名 : 王洋所在學(xué)院 : 電信學(xué)院專業(yè)班級 : 自動化1002學(xué) 號 : 10212049指導(dǎo)老師 : 苗宇日 期 : 2012年12月16日實驗一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)一、實驗?zāi)康?. 掌握控制模擬實驗的基本原理和一般方法。2. 掌握控制系統(tǒng)時域性能指標(biāo)的測量方法。二、實驗儀器1 EL-AT-III 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2計算機(jī)一臺三、實驗原理1模擬實驗的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實驗采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運(yùn)算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)

2、的輸入端，并利用計算機(jī)等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進(jìn)一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。四、實驗內(nèi)容構(gòu)成下述典型一階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應(yīng)：1. 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)G（S）= -R2/R12. 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)G（S）= K/TS+1K=R2/R1，T=R2C3. 積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)G（S）=-1/TST=RC4. 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)G（S）= RCS5. 比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)G（S）= K（TS+1）K=R2/R1，T=R2C五、實驗波形及數(shù)據(jù)比例環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)

3、節(jié)微分環(huán)節(jié)比例加微分六、計算1 慣性環(huán)節(jié) 取R2=100K，R1=100K，則理論值G（S）=-1.由以上慣性環(huán)節(jié)的圖形得輸出為-2000mv,輸入為1000mv.g(s)=-2,與理論值相同。2 積分環(huán)節(jié)取R=50K,C=0.1uf,則理論輸出值為G（S）=-0.005S由實驗所得圖形看出輸出為y2=-5s,輸入y1=1000.得g(s)=-0.005,與理論值相同。 實驗二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)一、實驗?zāi)康?研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比和無阻尼自然頻率n 對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。定量分析和n 與最大超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時間tS之間的關(guān)系。2學(xué)會根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。二、實驗儀器1EL-A

4、T-III 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2計算機(jī)一臺三、實驗原理控制系統(tǒng)模擬實驗利用運(yùn)算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計算機(jī)等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進(jìn)一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。四、實驗內(nèi)容典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為其中和n 對系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)有決定的影響。構(gòu)成圖2-1 典型二階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應(yīng)：根據(jù)二階系統(tǒng)的模擬電路圖，畫出二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖并寫出系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)。把不同和n 條件下測量

5、的Mp和ts值列表，根據(jù)測量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論。.畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，再由ts和Mp計算出傳遞函數(shù)，并與由模擬電路計算的傳遞函數(shù)相比較。五、實驗波形及數(shù)據(jù)R2=100kR2=0kR2=50kR2=200kR2=400kC=0.01u六、實驗數(shù)據(jù)分析1.二階系統(tǒng)的模擬電路圖如下系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)G(S)=G1G2G3/(1+G2G3G4+G1G2G3)（其中G1=10/s,G2=10/s,G3=1,G4=R2/R1）2.不同和n 條件下測量的Mp和ts值R1R2CnMP（mv）TS(ms)100K01f010rad/s-無窮大100K50K1f0.2510rad/s461（46.1%）1203100K

6、100K1f0.510rad/s181（18.1%）646100K200K1f110rad/s0473100K400K1f210rad/s01270100K100K0.1f0.5100rad/s167（16.7%）67由表可知，當(dāng)為0時系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)，等幅振蕩。當(dāng)在（0，1）之間時系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，當(dāng)大于0時系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)，超調(diào)量為0.相同阻尼比的情況下，通過改變n，可以減小系統(tǒng)的響應(yīng)時間并減少超調(diào)量。3.實際值與理論值的比較（小寫為理論值）nMPTS(ms)mpts(ms)010rad/s-無窮大-無窮大0.2510rad/s461（46.1%）120351.4%12000.51

7、0rad/s181（18.1%）64616.3%800110rad/s04730-210rad/s012700-0.5100rad/s167（16.7%）6716.3%80又上表可以看出實驗值與理論值基本相同實驗三 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正一、實驗?zāi)康?. 加深理解串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用。2. 對給定系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計，并通過模擬實驗檢驗設(shè)計的正確性。二、實驗儀器1EL-AT-III 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2計算機(jī)一臺三、實驗內(nèi)容1串聯(lián)超前校正（1）系統(tǒng)模擬電路圖如圖3-1，圖中開關(guān)S 斷開對應(yīng)未校情況，接通對應(yīng)超前校正。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-2圖中2串聯(lián)滯后校正（1） 模擬電路圖

8、如圖3-3，開關(guān)s 斷開對應(yīng)未校狀態(tài)，接通對應(yīng)滯后校正。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示如圖3-4圖中3串聯(lián)超前滯后校正（1） 模擬電路圖如圖5-5，雙刀開關(guān)斷開對應(yīng)未校狀態(tài)，接通對應(yīng)超前滯后校正。（2） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示如圖3-6。圖中 四、 實驗步驟超前校正：1連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖 5-1)，開關(guān)s 放在斷開位置。2系統(tǒng)加入階躍信號，測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量p 和調(diào)節(jié)時間ts。3開關(guān) s 接通，重復(fù)步驟2，并將兩次所測的波形進(jìn)行比較。滯后校正：1. 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖 5-3)，開關(guān)s 放在斷開位置。系統(tǒng)加入階躍信號。測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量p 和調(diào)節(jié)時間ts。2. 開

9、關(guān)s 接通，重復(fù)步驟2，并將兩次所測的波形進(jìn)行比較超前-滯后校正1. 接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖5-5)。雙刀開關(guān)放在斷開位置。系統(tǒng)加入階躍信號。測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量p 和調(diào)節(jié)時間ts2雙刀開關(guān)接通，重復(fù)步驟2，并將兩次所測的波形進(jìn)行比較。五、實驗波形及數(shù)據(jù)1.串聯(lián)超前校正；紅為校正后波形2.串聯(lián)滯后校正；紫為校正后波形3 超前滯后校正；紫為校正后波形六 實驗結(jié)果分析1 超前校正校正前系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G=40/（0.2s*s+s）,校正后系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G=（2.2s+40）/(0.01s*s*s+0.25s*s+s)波特圖如下通過波特圖和系統(tǒng)階躍響應(yīng)可以看出超前校正增大系統(tǒng)的相角裕

10、度，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性。2 滯后校正校正前系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G=50/（0.005s*s*s+0.5s*s+s） 校正后系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G=（50s+50）/(0.03s*s*s*s+3.005s*s*s+6.5s*s+s)波特圖如下通過波特圖和系統(tǒng)階躍響應(yīng)可以看出滯后校正通過對快速性的限制換取了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3 滯后-超前校正校正前系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G=60/（0.001s*s*s+0.11s*s+s）,校正后系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G=60（1.2s+1）(0.15s+1)/(0.001s*s*s+0.11s*s+s）(0.3s*s+6.05s+1)波特圖如下通過波特圖和系統(tǒng)階躍響應(yīng)可以看出滯后-超前校正能夠綜合超前和滯后校正的優(yōu)點(diǎn)，全面提高系統(tǒng)的控制性能。實驗感想這次自控實驗是對我們自控課堂上學(xué)到知識的強(qiáng)化和實踐，充分讓理論聯(lián)系實際。通過觀察圖形，我們對典型環(huán)節(jié)，二階系統(tǒng)的節(jié)約響應(yīng)和各個系統(tǒng)校正環(huán)節(jié)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識。在實驗過程中，我們還鍛