自動控制原理標準實驗報告

1、電子科技大學 自動化工程學院 標 準 實 驗 報 告（實驗）課程名稱 自動控制原理 電子科技大學教務(wù)處制表電 子 科 技 大 學實 驗 報 告學生姓名： 陳音學 學 號：2014070902029 指導教師：實驗地點：C2 507 實驗時間：實驗室名稱： 實驗項目名稱：系統(tǒng)認識與系統(tǒng)測試實驗學時：4實驗原理： 實驗原理圖如下：自動控制原理實驗儀被測試系統(tǒng)被測試系統(tǒng)是指：由控制部分，電動機，反饋電位器組成的部分。在該實驗中要求：1 測試輸入(外部、計算機)信號與輸出角度信號之間的關(guān)系（曲線）。 2 測試反饋電位器的輸出電壓與角度信號之間的關(guān)系（曲線）。-5V5V反饋電位器被測試系統(tǒng)自動控制原理實

2、驗儀KR 實驗電路圖實驗?zāi)康模?了解開環(huán)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，掌握閉環(huán)系統(tǒng)反饋極性的判別方法及其影響。2 掌握系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的測試方法。實驗內(nèi)容：1 測試輸入(外部、計算機)信號與輸出角度信號之間的關(guān)系（曲線）。 2 測試反饋電位器的輸出電壓與角度信號之間的關(guān)系（曲線）。實驗器材：XZ-IIC型實驗儀 計算機 自動控制原理實驗儀 萬用表實驗步驟：1 將系統(tǒng)接為單位負反饋系統(tǒng)，適當選取K值(約等于3)。2 在-5V+5V范圍內(nèi) 間隔0.5V調(diào)整R的輸出電壓(用萬用表監(jiān)測)，讀出對應(yīng)的輸出角度值(可用計算機讀出)。3 斷開系統(tǒng)輸入，用手轉(zhuǎn)動電機，在-150+150間每隔10選取一測試值用萬用表監(jiān)測反饋電位

3、器的輸出電壓并作好記錄。(用計算機監(jiān)測給定角度)實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：實驗機號20054409計算機的給定電壓與系統(tǒng)輸出角度的關(guān)系：給定電壓 -3-2.5-2-1.5-1-0.500.511.52.032.53輸出角度 -110-90.4-77.2-53.9-39.4-2201735.555.567.890.4107.6橫軸計算機的給定電壓 縱軸系統(tǒng)輸出角度系統(tǒng)輸出角度與反饋電壓間的關(guān)系：輸出角度 -150-140-130-120-110-100-90-80-70-60反饋電壓 -4.29-4-3.71-3.42-3.087-2.801-2.51-2.29-1.94-1.658-50-40-30

4、-20-1001020304050-1.366-1.085-0.8-0.52-0.23300.3460.6280.9151.1961.483607080901001101201301.772.0522.3382.6282.9133.2013.824.11橫軸系統(tǒng)輸出角度 縱軸反饋電壓外部輸入電壓與系統(tǒng)輸出角度的關(guān)系：外部輸入電壓 -3-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.53輸出角度 -115-86-76-48-36-2001636536885107橫軸外部輸入電壓 縱軸輸出角度實驗結(jié)論： 報告評分：指導教師簽字：實驗項目名稱： 隨動系統(tǒng)的時域特性分析實驗學時：2實驗原理：圖2

5、1 實驗系統(tǒng)方塊圖該實驗主要研究系統(tǒng)前向增益K與系統(tǒng)反饋增益H的變化，對系統(tǒng)時域指標的影響。由于本系統(tǒng)負載擺桿有一限位擋桿，不能連續(xù)轉(zhuǎn)動，不宜做系統(tǒng)開環(huán)實驗，故只做閉環(huán)實驗。1）系統(tǒng)前向增益K與系統(tǒng)性能的關(guān)系系統(tǒng)輸入為單位階躍信號(refi=1v)，先固定反饋增益H為1，設(shè)置不同前向增益K=0.3，0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3（前向增益K首次設(shè)置為1），觀察并記錄其不同的輸出響應(yīng)曲線。并注意觀察對穩(wěn)態(tài)控制精度的影響。2）系統(tǒng)反饋增益H與系統(tǒng)性能的關(guān)系系統(tǒng)輸入為單位階躍信號(refi=1v)，先固定前向增益K為1，設(shè)置不同反饋增益H=0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.

6、5 , 3（反饋增益H首次設(shè)置為1），觀察記錄其輸出響應(yīng)曲線。并注意觀察穩(wěn)態(tài)值及對穩(wěn)態(tài)控制精度的影響。實驗?zāi)康模毫私庀到y(tǒng)頻域分析方法。分析并掌握前向增益和反饋增益對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并觀察對穩(wěn)態(tài)控制 精度的影響。實驗內(nèi)容：1 設(shè)置不同前向增益K=0.3，0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3（前向增益K首次設(shè)置為1），觀察并記錄其不同的輸出響應(yīng)曲線2 設(shè)置不同反饋增益H=0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3（反饋增益H首次設(shè)置為1），觀察記錄其輸出響應(yīng)曲線。實驗器材（設(shè)備、元器件）：XZ-IIC型實驗儀 計算機 (或自動控制原理實驗儀、示波器、萬用表)實驗步驟：1.

7、首先打開DSP.EXE文件，得到PC操作界面；2. 接著點擊菜單項“文件（F）”“設(shè)置（S）”,或者第二個快捷鍵得到設(shè)置對話框“ESP Setting”,選擇其運行模式為“控制模式”，點擊“OK”按扭；3. 然后點擊菜單項“實驗（E）”“2：隨動系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析”，隨之出現(xiàn)的“隨動系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析”參數(shù)設(shè)置對話框（如圖22）中有三個參數(shù)可供選擇：參考輸入REFI、前向增益K和反饋增益H，設(shè)置好參數(shù)后點擊“OK”按扭；實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：實驗機號20054409k=0.3 h=1 穩(wěn)態(tài)值：44.5 ，46.9 ，47.9k=0.5 h=1 穩(wěn)態(tài)值：35.8 ，35.7 ，35.8k=1 h=1

8、穩(wěn)態(tài)值：34.1，34.4，34.8k=1.5 h=1 穩(wěn)態(tài)值：35.1 ，35.0 ，35.0k=2 h=1 k=3 h=1 h=0.5 k=1 穩(wěn)態(tài)值：77.2 ，75.9 ，75.2h=1.5 k=1 穩(wěn)態(tài)值：24.3 ，24.2 ，24.0 h=2 k=1 穩(wěn)態(tài)值：18.2 ，17.5 ，16.8h=2.5 k=1 穩(wěn)態(tài)值：14.9 ，14.2 ，14.8h=3 k=1實驗結(jié)論：1 報告評分：指導教師簽字： 實驗項目名稱：隨動系統(tǒng)的頻率特性測試及分析實驗學時：4實驗原理：系統(tǒng)原理圖如下，圖25 實驗原理簡圖固定反饋增益H為1，由先驗知識可以知道，此隨動系統(tǒng)具有低通特性，且頻帶較窄。實驗

9、時：輸入信號采用正弦信號，頻率從0.1Hz到6.0Hz（不同的電機可能會有較小的差異）開始時每隔0.1Hz變化，2.0HZ后間隔可增大，選擇適當?shù)妮斎胄盘柕姆?，只要計算輸出與輸入信號的幅值之比即可。記錄輸入、輸出信號幅值比及相應(yīng)的頻率，從而分析其幅頻特性。實驗?zāi)康模?了解系統(tǒng)頻域分析方法；了解系統(tǒng)頻域指標與時域指標的關(guān)系。2掌握系統(tǒng)頻率特性的測試方法,進一步理解頻率特性的物理意義；3根據(jù)閉環(huán)幅頻特性求出被測系統(tǒng)相應(yīng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。實驗內(nèi)容：1記錄在不同頻率下系統(tǒng)的輸入，輸出數(shù)據(jù)。2作出閉環(huán)系統(tǒng)的幅頻特圖，并分析求得其相應(yīng)的傳遞函數(shù)(等效為二階系統(tǒng))。3實驗時應(yīng)如何選擇實驗頻率及頻率間隔?實驗

10、器材（設(shè)備、元器件）：XZ-IIC型實驗儀 計算機(或自動控制原理實驗儀、示波器、信號發(fā)生器)。實驗步驟：1 首先打開DSP.EXE文件，得到PC操作界面；2 接著點擊菜單項“文件（F）”“設(shè)置（S）”,或者第二個快捷鍵得到設(shè)置對話框“ESP Setting”,選擇其運行模式為“控制模式”，點擊“OK”按扭；3 然后點擊菜單項“實驗（E）”“4：隨動系統(tǒng)的頻率特性及分析”，隨之出現(xiàn)的“隨動系統(tǒng)的頻率特性及分析”參數(shù)設(shè)置對話框（如圖26）中有兩個參數(shù)可供選擇：正弦輸入信號的幅值A(chǔ)和角頻率w，選擇好參數(shù)后點擊“OK”按扭；圖26 隨動系統(tǒng)的頻率特性及分析參數(shù)設(shè)置4 點擊菜單項“文件（F）”“開始（

11、K）”或者第一個快捷鍵，開始實驗；5 如需進行多次實驗重復(fù)上述(3)、(4)步驟即可。實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：實驗機號20054409輸入電壓=0.5sin(t) 與 輸出角度間的關(guān)系：角頻率 0.10.20.30.40.50.60.70.80.918 171618151616.517.516 15 161715181716.515.517輸出角度平均值 16.516.516.516.516.516.516.516.516.5頻率 0.6281.2561.8842.5123.143.7684.3965.0245.65211.522.533.53.63.73.81815202532283030351

12、515152018252528.53016.51517.522.52526.527.529.2532.56.289.4212.5615.718.8421.9822.60823.23623.8643.83.944.14.24.34.44.54.63537405060110140130115303235425810014012511032.534.537.54659105140127.5112.523.86424.49225.1225.74826.37627.00427.63228.2628.8884.74.84.955.56781008075655035201595756560402515109

13、7.577.57062.5453017.512.529.51630.14430.77231.434.5437.6843.9650.24曲線圖如下： 由實驗數(shù)據(jù)并結(jié)合實驗二的結(jié)果可得： Amax=4; A(0)0.5; n8根據(jù)公式 Mr=Amax/A(0); = 可求得=0.0707所求二階系統(tǒng)為 G(s)=其對應(yīng)的開環(huán)益?zhèn)鬟f函數(shù)為 報告評分：指導教師簽字：實驗項目名稱：隨動系統(tǒng)的PID校正實驗學時：2實驗原理：圖27 實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖該實驗主要觀察PID校正網(wǎng)絡(luò)各參數(shù)變化，對系統(tǒng)時域指標的影響，了解其作用規(guī)律。 所加校正網(wǎng)絡(luò)為：T1為微分環(huán)節(jié)時間常數(shù) T2為一階積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)觀察校正網(wǎng)絡(luò)參

14、數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。實驗中參數(shù)選取如下：k=1 ；T2=0.0167 分別取T1=0.01，0.05，0.1，1k=1 ；T1=0.1 分別取T2=0.001，0.01，0.167，1.67記錄系統(tǒng)的輸出曲線、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間Ts。實驗?zāi)康模?了解線性系統(tǒng)最常用的校正方法。2了解PID校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響。3掌握校正的概念，了解其PID校正對系統(tǒng)時域指標的作用規(guī)律。實驗內(nèi)容：1記錄系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)校正下對應(yīng)的輸出響應(yīng)曲線；2分析不同的校正參數(shù)對系統(tǒng)各項性能指標的影響；實驗器材（設(shè)備、元器件）：XZ-IIC型實驗儀 計算機(或自動控制原理實驗儀、示波器、萬用表)實驗步驟：1. 首先打

15、開DSP.EXE文件，得到PC操作界面；2. 接著點擊菜單項“文件（F）”“設(shè)置（S）”,或者第二個快捷鍵得到設(shè)置對話框“ESP Setting”,選擇其運行模式為“控制模式”，點擊“OK”按扭；3. 然后點擊菜單項“實驗（E）”“5：隨動系統(tǒng)的校正”，隨之出現(xiàn)的“隨動系統(tǒng)的校正”參數(shù)設(shè)置對話框（如圖28）中有四個參數(shù)可供選擇：參考輸入REFI和前向增益K，及兩個校正環(huán)節(jié)參數(shù)T1和T2，設(shè)置好參數(shù)數(shù)值后點擊“OK”按扭；圖28 隨動系統(tǒng)的校正參數(shù)設(shè)置對話框4. 點擊菜單項“文件（F）”“開始（K）”或者第一個快捷鍵，從而開始實驗；5. 如需進行多次實驗,重復(fù)上述(3)、(4)步驟即可。實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：實驗機號20054409 實驗數(shù)據(jù)如下：k=1 t1=0.01 t2=0.0167 超調(diào)量=83% 調(diào)節(jié)時間=6sk=1 t1=0.05 t2=0.0167 超調(diào)量=15% 調(diào)節(jié)時間=2.2sk=1 t1=0.1 t2=0