自控原理實(shí)驗(yàn)?zāi)?電氣126李偉鋒13號)

1、廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院自動控制原理實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)報告系 別： 電氣工程系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 姓 名： 李偉鋒 學(xué) 號： 2012010143613 指導(dǎo)教師： 鐘立華 成 績： 2014年12月目錄實(shí)驗(yàn)一 一階系統(tǒng)及其階躍響應(yīng)2實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 7 實(shí)驗(yàn)三 用頻率法分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能10 實(shí)驗(yàn)一 一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)（驗(yàn)證性）系： 專業(yè)： 電氣工程以及自動化 年級： 姓名： 學(xué)號： 組： 實(shí)驗(yàn)時間： 指導(dǎo)教師簽字： 成績： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)構(gòu)成典型環(huán)節(jié)的模擬電路，了解電路參數(shù)對環(huán)節(jié)特性的影響。2.學(xué)習(xí)由慣性環(huán)節(jié)構(gòu)成的一階系統(tǒng)及其階躍響應(yīng)測量方法，并學(xué)會由階躍響應(yīng)曲線計(jì)算典型

2、環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容建立一階系統(tǒng)的模擬電路，觀察并且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，即調(diào)節(jié)時間ts。三、實(shí)驗(yàn)原理1、一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)如圖1-1。圖1-12、一階系統(tǒng)模擬電路圖如圖1-2。圖1-23、由模擬電路推導(dǎo)傳遞函數(shù)令輸入信號為Ur(s) 輸出信號為Uc(s)根據(jù)模電中虛短和虛斷的概念列出公式： 整理得 進(jìn)一步簡化可以得到 如果令R2/R1=K，R2C=T，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可寫成下面的形式： 當(dāng)輸入r(t)為單位階躍函數(shù)時 ，r(t)=1(t)則有輸入Ur(s)=1/s輸出Uc(s)=G(s)Ur(s)= 由拉氏反變換可得到單位階躍響應(yīng)如下：理論值t

3、s=3T四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開自動控制原理實(shí)驗(yàn)仿真軟件，設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)。2. 點(diǎn)擊軟件界面中“課題設(shè)置”中“慣性環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)”一項(xiàng)。3. 設(shè)置輸入信號ur(t)=2.0V，取不同的電容值C,電阻R2。參數(shù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊“確定”后開始實(shí)驗(yàn)。4. 系統(tǒng)軟件自動彈出一個窗口，上面記錄了系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)圖和階躍響應(yīng)曲線圖，將其圖形保存。5.測量各組過渡過程時間即調(diào)節(jié)時間ts。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)中，R1=100k，輸入信號ur(t)=2.0V,取不同的T，T=0.25秒,T=0.707秒,T=1秒。將參數(shù)及指標(biāo)和階躍響應(yīng)曲線圖記錄在表1內(nèi)。表1ur(t)=2.0VT0.250.7071R110010

4、0100R2100150 200C123ts實(shí)測值0.30.9 1.8ts理論值 0.752.1213 階躍響應(yīng)曲線波形圖1波形圖2波形圖3 波形圖1波形圖2波形圖3六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較分析1、一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)沒有振蕩的單調(diào)上升曲線，沒有超調(diào)量。2、ts實(shí)測值與理論比較，沒有誤差。七、實(shí)驗(yàn)心得通過這次實(shí)驗(yàn)，我對一階系統(tǒng)的理論知識有了深刻的了解，知道不同參數(shù),ts也會不同,同時主動思考的能力得到了提高。 實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)（驗(yàn)證性）系： 專業(yè)： 年級： 姓名： 學(xué)號： 組： 實(shí)驗(yàn)時間： 指導(dǎo)教師簽字： 成績： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯慷A系統(tǒng)的兩個重要參數(shù)阻尼比和無阻尼自然頻率對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。

5、二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.用模擬電路搭接一個二階系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：圖2-1二階系統(tǒng)模擬電路圖2.改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)（即模擬系統(tǒng)中的R），觀察不同R值對系統(tǒng)動態(tài)性能有何影響。記錄三種典型動態(tài)響應(yīng)特性曲線（過阻尼、欠阻尼、臨界阻尼）及相應(yīng)的R值。3.改變比例環(huán)節(jié)的Rf觀察對系統(tǒng)有何影響。4.改變慣性環(huán)節(jié)的C2觀察對系統(tǒng)有何影響。5.對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并作出結(jié)論。三、實(shí)驗(yàn)原理1、二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)如圖2-2。圖2-2二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2、由模擬電路推導(dǎo)傳遞函數(shù)。 開環(huán)傳遞函數(shù)： = 其中：K1=R2/(R+R2)=100k/(R+100k),T0=R1C1=100k1uF=0.1秒T1=R2C2=100k1u

6、F=0.1秒 閉環(huán)傳遞函數(shù)：3、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 在 01時，系統(tǒng)為過阻尼情況，無超調(diào)量。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開自動控制原理實(shí)驗(yàn)仿真軟件，設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)。2. 點(diǎn)擊軟件界面中“課題設(shè)置”中“二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)軟件仿真”一項(xiàng)。3. 設(shè)置輸入信號ur(t)=3.0V，設(shè)置可變電阻R的數(shù)值，可得不同的，=0.25,=0.5,=1，參數(shù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊“確定”后開始實(shí)驗(yàn)。4. 系統(tǒng)軟件自動彈出一個窗口，上面記錄了系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)圖和階躍響應(yīng)曲線圖，將其圖形保存。5. 觀察并測量超調(diào)量%，計(jì)算過渡過程時間ts。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、將理論計(jì)算值填入表2。2、將實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)和階躍響應(yīng)曲線圖，測量超調(diào)量%，計(jì)算過渡

7、過程時間ts填入表2。表2ur(t)=3.0V0.513.5R(k) 100200 300%實(shí)測值(圖測)6%00%理論值(公式計(jì)算)4%00ts實(shí)測值(圖測)111ts理論值(公式計(jì)算)0.60.590.6階躍響應(yīng)曲線波形圖1波形圖2波形圖3波形圖1波形圖2波形圖3六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較分析1、=0.5階躍響應(yīng)波形圖正弦衰減振蕩曲線，是欠阻尼系統(tǒng)。=0.5時，超調(diào)量%理論值和計(jì)算值比較，xxxx。2、=0.707階躍響應(yīng)波形圖也是正弦衰減振蕩曲線，是欠阻尼系統(tǒng)。=0.707時，超調(diào)量%理論值和計(jì)算值比較，xxxx。3、=1階躍響應(yīng)波形圖xxxx曲線，是什么阻尼系統(tǒng)。=1時，超調(diào)量%理論值和計(jì)算值比

8、較，xxxx。4、最大，超調(diào)量%xxx（如何變化？）七、實(shí)驗(yàn)心得通過這次實(shí)驗(yàn)，我了解了二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比z和無阻尼自然頻率wn對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。進(jìn)一步學(xué)習(xí)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用方法，并能根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。實(shí)際值和理論值存在著一定的差異，可能是系統(tǒng)內(nèi)部的能量損耗導(dǎo)致的，在以后的自動控制實(shí)踐中是需要我們考慮的。實(shí)驗(yàn)的過程也是我們學(xué)習(xí)和鍛煉動手能力的過程，我相信以后的實(shí)驗(yàn)我會越來越熟練。 實(shí)驗(yàn)三 用頻率法分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能系： 專業(yè)： 年級： 姓名： 學(xué)號： 組： 實(shí)驗(yàn)時間： 指導(dǎo)教師簽字： 成績： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握系統(tǒng)頻率特性指標(biāo)的概念意義及測量方法。2、研究系統(tǒng)開環(huán)增益

9、對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的影響。3、研究截止頻率c值和相位裕度隨著K的變化的情況，學(xué)會測量對應(yīng)的截止頻率c和相位裕度值。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測量系統(tǒng)頻率特性指標(biāo)的概念意義及。2、研究系統(tǒng)開環(huán)增益對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的影響。3、研究截止頻率c值和相位裕度隨著K的變化的情況，學(xué)會測量對三、實(shí)驗(yàn)原理1.系統(tǒng)模擬電路圖示于圖3-1 圖3-1模擬電路圖2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖為：圖3-2 模擬電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 其開環(huán)傳遞函數(shù)為： 3.頻率特性定義為系統(tǒng)或環(huán)節(jié)輸出與輸入信號的幅值之比。圖3-3 系統(tǒng)方框圖 輸入正弦波信號 輸出是同頻率的正弦波 頻率特性的圖形表示方法有奈氏圖和伯德圖。用頻率法復(fù)習(xí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能時，通常是在伯德圖的開環(huán)對數(shù)

10、幅頻特性圖上，求得系統(tǒng)的類型和開環(huán)放大系數(shù)值。該系統(tǒng)為型系統(tǒng)。 型系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性是斜率為 -20dB/dec 的低頻漸近線或其延長線，系統(tǒng)在=1時的分貝值由開環(huán)放大系數(shù)K的值決定。因?yàn)?0lgK-20lg=0，20lgK=20lg,所以K=圖3-4 典型型系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性圖四、實(shí)驗(yàn)步驟6. 打開自動控制原理實(shí)驗(yàn)仿真軟件。7. 點(diǎn)擊軟件界面中“課題設(shè)置”中“頻率特性實(shí)驗(yàn)軟件仿真”一項(xiàng)。將可變電阻R2數(shù)值到某一電阻值（如0K）。8. 參數(shù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊“開始”鍵后開始實(shí)驗(yàn)。9. 系統(tǒng)軟件自動彈出一個窗口，上面記錄了系統(tǒng)的各項(xiàng)頻率特性參數(shù)和伯德圖，將其圖形保存。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1.改變可變電阻的阻值，取三個不同阻值參照上述實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2.記錄系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、開環(huán)伯德圖，記錄c與(c)。3.根據(jù)頻率特性曲線，求系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)。表3K=10K1103060R(k)0160240c實(shí)測值(圖測)7.86215.94215.942c理論值(公式計(jì)算)7.96515.86415.932(c)實(shí)測值(圖測)51.82732.09932.099(c)理論值(公式計(jì)算)51.62932.08232.093波形圖1波形圖2波形圖3波形圖1