北航自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)一：_一、二階系統(tǒng)的電子模擬與動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試

1、 成 績 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告院（系）名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 2015年10月實(shí)驗(yàn)一 一、二階系統(tǒng)的電子模擬及時(shí)域響應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)間 實(shí)驗(yàn)編號(hào)_ 同組同學(xué) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?在電子模擬機(jī)上建立典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模型的方法。2掌握階躍響應(yīng)的測(cè)試方法。3理解一、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。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1建立一階系統(tǒng)的電子模型，觀測(cè)并記錄不同時(shí)間常數(shù)T時(shí)的階躍響應(yīng)曲線，測(cè)定其過渡過程時(shí)間Ts，填寫數(shù)據(jù)表格。2建立二階欠阻尼系統(tǒng)的電子模型，觀測(cè)并記錄不同阻尼比時(shí)的階躍響應(yīng)曲線，測(cè)定其超調(diào)量%及過渡過程時(shí)間Ts，填寫數(shù)據(jù)表格。三、 實(shí)驗(yàn)原理1. 一階系統(tǒng)系統(tǒng)傳遞

2、函數(shù)為：(s)=C(s)R(s)=KTs+1模擬運(yùn)算電路如圖 3_ 1所示：圖 3_ 1 一階系統(tǒng)模擬電路圖由圖 3_ 1得U0(S)Ui(S)=R2/R1R2CS+1=KTs+1在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中始終取R2=R1，則K=1, T=R2C取不同的時(shí)間常數(shù)T分別為：0.25、0.5、1.0。2. 二階系統(tǒng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為(s)=C(S)R(S)=n2S2+2nS+n2令n=1弧度/秒，則系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如Error! Reference source not found.所示：圖 3_ 2 二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)結(jié)構(gòu)圖，建立的二階系統(tǒng)模擬線路如圖 3_ 3所示：圖 3_ 3 二階系統(tǒng)模擬電路圖取R2C1=1，R3C2

3、=1，則R4R3=R4C2=12，=12R4C2。取不同的值：0.25、0.5、0.707、1.0，觀察并記錄階躍響應(yīng)曲線，測(cè)量超調(diào)量%，計(jì)算過渡過程時(shí)間Ts。四、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1數(shù)字計(jì)算機(jī)；2電子模擬機(jī)；3萬用表；4測(cè)試導(dǎo)線。五、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 按照實(shí)驗(yàn)說明書上的條件和要求，計(jì)算電阻和電容的取值，按照模擬線路圖搭接線路； 2. 將系統(tǒng)輸入端 與D/A1相連，將系統(tǒng)輸出端與A/D1相連；3. 檢查線路正確后，通電； 4. 鼠標(biāo)雙擊桌面的“MAT LAB”圖標(biāo)，在命令行鍵入“auto lab”進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)；5. 在系統(tǒng)菜單中選擇“實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”，選擇“實(shí)驗(yàn)一”，在窗口左側(cè)選擇“實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀薄?選擇“E

4、xternal”方式，進(jìn)行外部電路實(shí)時(shí)仿真。首先選擇“編譯”圖標(biāo)，然后選擇“連接目標(biāo)”，最后選擇“執(zhí)行”；6. 觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，及時(shí)繪制實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖形，填寫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 一階系統(tǒng)表 6- 1 一階系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)T/s0.240.511.0C/F0.4711R2/M0.510.511Ts實(shí)測(cè)/s0.73651.59303.0700Ts理論/s0.72001.53003.0000誤差2.29%4.12%2.33%階躍響應(yīng)曲線圖 6- 1圖 6- 2圖 6- 3圖 6- 1 一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 T=0.24圖 6- 2 一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線

5、 T=0.51圖 6- 3 一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 T=1.02二階系統(tǒng)表 6- 2 二階系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)0.250.50.7101.0C2/F1111R4/M210.7100.5%實(shí)測(cè)43.5835%15.6364%4.3689%0%理論44.40%16.30%4.33%0%誤差1.84%4.07%0.90%0Ts實(shí)測(cè)/s11.03705.42752.99903.0325Ts理論/s1474.954.75Ts誤差21.16%22.46%39.41%36.16%階躍響應(yīng)曲線圖 6- 4圖 6- 5圖 6- 6圖 6- 7圖 6- 4 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 =0.25圖 6- 5 二階

6、系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 =0.5圖 6- 6 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 =0.710圖 6- 7 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 =1.0七、 結(jié)果分析1結(jié)果討論對(duì)一階系統(tǒng)，結(jié)合響應(yīng)曲線和時(shí)間常數(shù)T的大小可以看出，時(shí)間常數(shù)T越小，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間越短，響應(yīng)過程越快，系統(tǒng)的快速性越好。對(duì)二階系統(tǒng)，當(dāng)n一定時(shí)，隨著的增加，超調(diào)量逐漸減小直至沒有超調(diào)量，響應(yīng)的振蕩傾向逐漸減弱，系統(tǒng)的平穩(wěn)性越好；由響應(yīng)曲線可以看出，值接近1時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍，調(diào)節(jié)時(shí)間Ts長，快速性差，過小，雖然響應(yīng)的起始速度較快，但因?yàn)檎袷帍?qiáng)烈，衰減緩慢，調(diào)節(jié)時(shí)間更長，快速性也不好。當(dāng)=0.707時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間Ts最短，系統(tǒng)快速性最好，且=0.707時(shí)，超調(diào)量也小于5%，可見此時(shí)系統(tǒng)的平穩(wěn)性也是不錯(cuò)的。2誤差分析從兩表數(shù)據(jù)不難看出，一階系統(tǒng)與二階系統(tǒng)的實(shí)測(cè)值與理論值均有一定的誤差，這與實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作等有著很大的關(guān)系。首先，由理論公式計(jì)算出的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量的理論值并不一定就是最準(zhǔn)確的值。其次，實(shí)驗(yàn)過程中用到的各種電氣元件如電阻電容以及運(yùn)算放大器等都具有一定的誤差。八、 收獲、體會(huì)及建議通過本次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)自動(dòng)控制原理中有關(guān)一階和二階系統(tǒng)的性能和參數(shù)有了不同的體會(huì)。理論學(xué)習(xí)只能得到抽象的公