北航自動控制原理試驗報告

1、自動控制原理實驗報告一、實驗名稱:二、實驗?zāi)康囊?、二階系統(tǒng)的電子模擬及時域響應(yīng)的動態(tài)測試1、了解一、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2、學(xué)習(xí)在電子模擬機上建立典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模型的方法3、學(xué)習(xí)階躍響應(yīng)的測試方法三、實驗內(nèi)容1、建立一階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同時間常數(shù)T時的響應(yīng)曲線，測定過渡過程時間Ts2、建立二階系統(tǒng)電子模型，觀測并記錄不同阻尼比的響應(yīng)曲線，并測定超調(diào)量門聃及過渡過程時間Ts四、實驗原理及實驗數(shù)據(jù)2.5ICC-：圖1.1一階系統(tǒng)系統(tǒng)傳遞函數(shù):®YSY=取5)73+1RT*/?2CS+1-TS+10.7930107473(1)當(dāng)T=0.25時，誤差=

2、0.7473=6.12%;1516011.4962(2)當(dāng)T=0.5時，誤差=1-4962=1.32%；3.10S012.9927T0.250.501.00R20.25MQ0.5MQ1MQC111111111Ts實測0.79301.51603.1050Ts理論0.74731.49622.9927階躍響應(yīng)曲線1.11.2圖1.3由電路圖可得,取口2=®1則K=1,T分別取：0.25,0.5,1(3)當(dāng)T=1時，誤差誤差分析：由于T決定響應(yīng)參數(shù)，而，在實驗中R、C的取值上可能存在一定誤差，另外，導(dǎo)線的連接上也存在一些誤差以及干擾，使實驗結(jié)果與理論值之間存在一定誤差。但是本實驗誤差在較小范

3、圍內(nèi)，響應(yīng)曲線也反映了預(yù)期要求，所以本實驗基本得到了預(yù)期結(jié)果。實驗結(jié)果說明由本實驗結(jié)果可看出，一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)是單調(diào)上升的指數(shù)曲線，特征有T確定，T越小，過度過程進(jìn)行得越快，系統(tǒng)的快速性越好。二階系統(tǒng)系統(tǒng)傳遞函數(shù):s1+*%s+磅階系統(tǒng)模擬線路艮4罔0.250.501.00甩2血1«(10.5訕C2避逆出曲_實測45.8%16.9%0.6%理論44.5%16.3%0%Ts實測13.98605.48954.8480Ts理論14.00655.30664.8243階躍響應(yīng)曲線圖2.1圖2.2圖2.3注：Ts理論根據(jù)matlab命令os,ts,W=stepspecs(time,output,

4、output(end),5)得出，否則誤差較大。1）當(dāng)E=0.2時，超調(diào)量的相對誤差=調(diào)節(jié)時間的相對誤差2）當(dāng)£=0.時，超調(diào)量的相對誤差45.6I44.444.416.9116.3調(diào)節(jié)時間的相對誤差=14）當(dāng)E=時，超調(diào)量的絕對誤差=,6%=3.15%=3.7%S.4895I5,306EI5.3066=3.4%圖2.1調(diào)節(jié)時間的相對誤差4.B480I4,824318243=3.46%誤差分析：由于本試驗中，用的參量比較多，有R1,R2,R3,R4;C1,C雄它們的取值的實際調(diào)節(jié)中不免出現(xiàn)一些誤差,誤差再累加，導(dǎo)致最終結(jié)果出現(xiàn)了比較大的誤差，另外，此實驗用的導(dǎo)線要多一點，干擾和導(dǎo)線的

5、傳到誤差也給實驗結(jié)果造成了一定誤差。但是在觀察響應(yīng)曲線方面，這些誤差并不影響，這些曲線仍舊體現(xiàn)了它們本身應(yīng)具有的特點，通過比較它們完全能夠了解階躍響應(yīng)及其性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，不影響預(yù)期的效果。實驗結(jié)果說明由本實驗可以看出，當(dāng)3n一定時，超調(diào)量隨著E的增加而減小，直到E達(dá)到某個值時沒有了超調(diào)；而調(diào)節(jié)時間隨的增大，先減小，直到泌到某個值后又增大了。經(jīng)理論計算可知，當(dāng)E=0.707寸，調(diào)節(jié)時間最短，而此時的超調(diào)量也小于5%,此時的E為最佳阻尼比。此實驗的E分布在0.707兩側(cè)，體現(xiàn)了超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間隨E的變化而變化的過程，達(dá)到了預(yù)期的效果。四、實驗原理及實驗數(shù)據(jù)系統(tǒng)模擬運算電路圖系統(tǒng)傳遞函

6、數(shù)為：100取R=100KQ,則G(s)=2+10s+100200取R=200KQ,貝UG(s)=24-10S+200若正弦輸入信號為U。尸AiSin(cot),則當(dāng)輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，其輸出信號為Uo(t)=A2Sin(cot+少)。改變輸入信號頻率f旦兀值，便可測得二組A1/A2和少隨f(或3)變化的數(shù)值，這個變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。gMDkfl-1234561.59241.91082.22932.54782.86623.18471012141618200.94350.71040.58860.44730.34790.277310.87550.76250.64550.55380.4

7、7869061.1049.6840.2133.6328.59圖1.11.2自動控制原理實驗報告一、實驗名稱：頻率響應(yīng)測試二、實驗?zāi)康?、掌握頻率特性的測試原理及方法2、學(xué)習(xí)根據(jù)所測定出的系統(tǒng)的頻率特性，確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法三、實驗內(nèi)容0.60.4Y：D.4C530-0.2-0.4-O.g350圖2D0250圖1.2-0,6=1-0.9-0.6-51tnput01/1put-10.50Q5-1-.rTJ.jktrJL/、心"A-【iIi1ii>h；i1;八!'；1；'11；I1tfiiMJ；j1S1i11ri1i)“VJui_JFWJU”VIJ

8、iiiii，jcl1卜1IVMM礎(chǔ)J*p11001、測定給定環(huán)節(jié)的頻率特性確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)由數(shù)據(jù)可知，特征點處190口=0.5299=0.3509計算及分析計算及分析系統(tǒng)理論傳遞函數(shù)為GC.5I0,3509所以1A1A所以1012-0.040D2.12.2由于測試過程中可變電阻的調(diào)節(jié)上不是很精確。以及連接線路上接觸不好及溫度影響等原因有微小的干擾造成誤差等系統(tǒng)理論傳遞函數(shù)為G(s)=-：-確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)由數(shù)據(jù)可知，特征點處201E105299I05=5.98%其他頻率的示波器和李莎育圖形lOOkili2345f1.91082.22932.54782.86623.1847明1214161820

9、1.50601.4251.1790.91230.70740.946310.92290.88380.6319_mJ71.149067.3562.1039.19圖2.12.2的誤4I1ftJftp。匕1II11廣II'I|11IIil111111,|iII.I-If1Pilil111lI1,iIIfl118j*IIji1m，；h*Pr!A!ft/IA1;；I11k；11rj*仆仙"Al1f11IJjUiuiV|,iiUi.1!f!VL1，門I聞1jF*!n.WWffi:1111llA；i1EII1),J'il!J1VL11dLjnlgurdui-jOSlrOJr吃Q度京唯

10、的9310$Q'D卜口ED0E"Cr，口3D1G'DIGtQOrOSEOO£OSZOOED9lO3LOSD一、實驗名稱：控制系統(tǒng)串聯(lián)校正二、實驗?zāi)康?、了解和掌握串聯(lián)校正的分析和設(shè)計方法2、研究串聯(lián)校正環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響三、實驗內(nèi)容1、設(shè)計串聯(lián)超前校正，并驗證2、設(shè)計串聯(lián)滯后校正，并驗證四、實驗原理及實驗數(shù)據(jù)1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：£S|PCJ"D其中Gc(s)為校正環(huán)節(jié)，可放置在系統(tǒng)模型中來實現(xiàn)，也可使用模擬電路的方式由模擬機實現(xiàn)。2、系統(tǒng)模擬電路如下圖：3,未加校正時Gc(s)=14,加串聯(lián)超前校正時aTS+1Gc(s)

11、=Ts+1(a>1)0.63S+1給定a=2.44,T=0.26，則Gc(s)=二'T-15,加串聯(lián)滯后校正時bTS+1Gc(s)=1Ji人(0Vb<1)自動控制原理實驗報告給定b=0.12,T=83.33,貝UGc(s)J苗浦1實驗電阻電容取值R1=R2=R6=100KQR4=250KQR5=1MQC1=C2=1.0妤截止頻率：1.88rad/s幅值裕度：85dB相位裕度：28°不加校正加入超前校正251.5,501002003004005006007000009001000階躍響應(yīng)曲線階躍響應(yīng)曲線調(diào)節(jié)時間、=5.9943超調(diào)量1%=458231調(diào)節(jié)時間。=2.

12、4202超調(diào)量%=22138440BodeDjagr&mGm=85dB(at267rad/sec),Pm=28degCat1G6rad/sec)BodeDjagr&mGm=77.4d0(at267rad/sec),Pm=47.-4dmg(at2.38radysec)Frequency(radfeec波特圖40Frequency(radfeec波特圖實驗數(shù)據(jù)分析1、可以判斷三個系統(tǒng)都是穩(wěn)定系統(tǒng)。截止頻率：2.38rad/s幅值裕度：77.4dB相位裕度：47.42、加串聯(lián)超前校正時的系統(tǒng)比未加校正時調(diào)節(jié)時間短，即系統(tǒng)快速性變好了，而且超調(diào)量也減小了。從頻率角度來看，截止頻率減小，相位穩(wěn)定裕度增大,3、加串聯(lián)滯后校正時的系統(tǒng)比未加校正時調(diào)節(jié)時間長，即系統(tǒng)快速性變差了，但是超調(diào)量減小了很多，甚至比加串聯(lián)超前校正時的超調(diào)還小。從頻率角度來看，截止頻率前校正時的相位穩(wěn)定裕度。4、加串聯(lián)超前校正和串聯(lián)滯后校正都能改變系統(tǒng)的穩(wěn)定性能參數(shù)。但是改變狀況又不一樣。加串聯(lián)超前校正即使系統(tǒng)變快，又降低了超調(diào),較好。而加入串聯(lián)滯后校正時的系統(tǒng)是以加長調(diào)節(jié)時間來達(dá)到降低超調(diào)量的目的的，使相位穩(wěn)定裕度達(dá)到比較好的程度，但是這個系統(tǒng)比未加校正時變慢了不少,加入滯