西電自動控制原理實驗討論與思考題

1、討論與思考題1、 寫出各典型環(huán)節(jié)的微分方程（建立數(shù)學模型）。 答：比例環(huán)節(jié)：y(t)=k*r(t) （t>=0） 傳遞函數(shù)為：G(s)=Y(s)/R(s)=k 慣性環(huán)節(jié)：T*dy(t)/dt+y(t)=k*r(t) (t>=0) 傳遞函數(shù)：G(s)= Y(s)/R(s)=k/(T*s+1) 積分環(huán)節(jié)：y(t)=k* (t>=0) 傳遞函數(shù)：G(s)= Y(s)/R(s)=k/s=1/T*s 微分環(huán)節(jié)：y(t)=dr(t)/dt (t>=0) 傳遞函數(shù)：G(s)= Y(s)/R(s)= s振蕩環(huán)節(jié)：T2*y(t)+2 (t>=0) 傳遞函數(shù)為：2、 根據(jù)所描述的各典

2、型環(huán)節(jié)的微分方程，你能否用電學、力學、熱力學和機械學等學科中的知識設(shè)計出相應的系統(tǒng)？請舉例說明，并畫出原理圖。答： （1）模擬電路中的放大電路為典型比例環(huán)節(jié) U0=Rf/R1*Ui (2)RC電路為典型慣性環(huán)節(jié) （3）積分環(huán)節(jié) 機械位移系統(tǒng),物體在外力F(t)作用下產(chǎn)生位移y(t)，寫出運動方程. m+f+ky(t)=F(t) 討論與思考題1、在本實驗中，系統(tǒng)能否出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，此時電阻值R的取值范圍？答：此次實驗中不可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，因為閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點恒在s左半平面2、在系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況，你能否通過改變其它元器件參數(shù)，使系統(tǒng)變得穩(wěn)定？改哪些參數(shù)？如何改？請分別列出，并加以分析。 答

3、：1、增加比例微分控制環(huán)節(jié)和速度反饋控制環(huán)節(jié)，減少原系統(tǒng)的震蕩性和參數(shù)的漂移3、利用MATLAB仿真，與實驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生的原因。 答：matlab仿真得到的數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)與波形相比較，大致相同，但是存在誤差；可能是因為控制系統(tǒng)電子線路中元件的值有誤差。討論與思考題1、系統(tǒng)的性能指標不理想時，如何改變系統(tǒng)零、極點的位置使系統(tǒng)性能指標得到改善？在實際中是否可以無限制地改變系統(tǒng)零、極點的位置？請說明理由。答：1、若要使系統(tǒng)穩(wěn)定，則閉環(huán)極點都必須位于s左半平面。2若要提高系統(tǒng)的快速性，閉環(huán)極點要遠離虛軸；要是平穩(wěn)性好，震蕩要小，則負數(shù)極點最好位于s平面中與負實軸成45夾角線

4、附近。2、在本實驗中，系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況下，不增加零點，而是通過改變其它零、極點的位置，能否使系統(tǒng)穩(wěn)定？如果可以，如何改變？如果不能，為什么？答：通過改變零，極點的位置可以讓系統(tǒng)穩(wěn)定，因為若系統(tǒng)極點都在s平面內(nèi)，系統(tǒng)穩(wěn)定，所以只要將所有極點移到s左半平面就可以了。2、 利用MATLAB仿真，與實驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生的原因。答：matlab仿真得到的數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)與波形相比較，大致相同，但是存在誤差；可能是因為控制系統(tǒng)電子線路中元件的值有誤差。4、利用MATLAB繪制根軌跡圖。穩(wěn)定 C2=1uF C3=1uF： 穩(wěn)定 C2=1uF C3=2uF:穩(wěn)定 C2=2uF C3=1u

5、F:穩(wěn)定 C2=2uF C3=2uF:臨界穩(wěn)定 C2=1uF C3=1uF:臨界穩(wěn)定 C2=1uF C3=2uF:臨界穩(wěn)定 C2=2uF C3=1uF:臨界穩(wěn)定 C2=2uF C3=2uF:討論與思考題1、通過實驗你有何心得體會，發(fā)現(xiàn)了什么問題，有何改進意見？答：通過自己親自動手實驗，進一步理解了二階系統(tǒng)的性能指標同系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系，在理論的基礎(chǔ)上又有了實踐的經(jīng)歷，實驗中經(jīng)過一次次的修改，慢慢的完善。實驗中有出現(xiàn)異常，與預期的結(jié)果不同，但我們小組經(jīng)過不斷的嘗試完成了。2、利用MATLAB仿真，與實驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生的原因。答：matlab仿真得到的數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)與波形相比

6、較，大致相同，但是存在誤差；可能是因為控制系統(tǒng)電子線路中元件的值有誤差。3、利用MATLAB繪制波德圖。臨界阻尼波德圖奈氏圖欠阻尼波德圖奈氏圖討論與思考題1、 比較相角超前校正網(wǎng)絡與相角滯后校正網(wǎng)絡（從目的、效果、優(yōu)點、缺點、適用場合、不適用場合等幾方面進行比較）？ 答：超前校正的優(yōu)點：使Wc滯后，快速性變好，增大，改善動態(tài)性能， 展寬中頻段，平穩(wěn)性變好。 滯后校正的優(yōu)點：利用其高頻衰減，降低中、高頻段的增益，壓低Wc，使增大，提高穩(wěn)定性。缺點：降低了快速性。2,、自行設(shè)計用作校正控制器的實用放大電路（PD、 PI 、PID）。 答：PD校正 PI校正 PID校正 討論與思考題1、根據(jù)所描述的

7、各非線性典型環(huán)節(jié)，你能否用電學、力學、熱力學和機械學等學科中的知識設(shè)計出相應的系統(tǒng)？請舉例說明，并畫出原理圖。例：確定圖中非線性系統(tǒng)的自振蕩振幅和頻率解：理想繼電特性的描述函數(shù)為 N(A)=4xM/A 由于故-1/N(A)的軌跡為沿整個負實軸的直線 線性部分的頻率特性 根據(jù)產(chǎn)生自持振蕩的條件得 2-2=0 解之得=1.4將之代入ReG(j) 得 由 得 A0=2.12、 利用MATLAB仿真，與實驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生的原因。 飽和特性繼電器特性誤差分析 1、實驗圖形沒有仿真圖形平滑，因為試驗中電壓變化是手動看扭動旋鈕變阻器實現(xiàn)從-5+5之間電壓的變化。這樣不能保證電壓變化是平滑的。 2、仿