南郵自動控制原理上機報告

1、南京郵電大學實驗報告2021/20212021/2021 學年第一學期實驗名稱：一.限制系統(tǒng)的時域分析二.線性系統(tǒng)的根軌跡研究三.系統(tǒng)的頻率響應(yīng)與穩(wěn)定性分析四.連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正課程名稱：自動限制原理班級學號：B14040325B14040325姓名：杜楷指導老師：周穎實驗一限制系統(tǒng)的時域分析1.11.1 實驗目的:觀察限制系統(tǒng)的時域響應(yīng)；記錄單位階躍響應(yīng)曲線；掌握時間響應(yīng)分析的一般方法;初步了解限制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程.1.21.2實驗步驟:5 .開機進入Matlab2021運行界面.6 .Matlab指令窗：CommandWindow.運行指令：con_sys;進入本次實驗主界面.-階系統(tǒng)的時域響

2、應(yīng)二階系統(tǒng)時域性能分析觀察二階系統(tǒng)性能的改善7 .分別雙擊上圖中的三個按鍵,依次完成實驗內(nèi)容.8 .本次實驗的相關(guān)Matlab函數(shù)：tf(num,den)可輸入一傳遞函數(shù).step(G,t)在時間范圍t秒內(nèi),畫出階躍響應(yīng)圖.二、實驗內(nèi)容：1 .觀察一階系統(tǒng)G=1/(T+s)的時域響應(yīng)：取不同的時間常數(shù)T,分別觀察該系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)、斜坡響應(yīng)以及單位加速度響應(yīng).脈沖響應(yīng)：1.2.3.4.T=5sT=7sT=7sT=9sT=9sT=11s單位加速度響應(yīng)T=11sT=13s2,二階系統(tǒng)的時域性能分析：調(diào)節(jié)時間滑塊,使階躍響應(yīng)最終出現(xiàn)穩(wěn)定值.(2)結(jié)合系統(tǒng)的零極點圖,觀察自然頻率與阻尼比對極點

3、位置的影響.-Ll_J_J阻尼比0.084615I-I響應(yīng)時間 T179力自然頻率越大,阻尼比越大,零極點之間的角度越小.(3)結(jié)合時域響應(yīng)圖,觀察自然頻率與阻尼比上升時間T烽信酎后rpI周節(jié)時間TB強用至r削工Q二F土仁嗡轎階默響應(yīng)再報點.聽市八口上升時間h峰值時間Ip巴聊時間Tm口超楣量De, ,對階躍響應(yīng)的影響.阻尼比 R 用B7勺_15響應(yīng)時間=9,179方_d2J自然頻率越小,阻尼比越小,系統(tǒng)的階躍響應(yīng)幅值越大.調(diào)節(jié)自然頻率與阻尼比,要求：Tr0.56sTp1.29sTsCKZGIS)AdmimrtratGir年痢冊.J闌節(jié)葉間一.I/=I性能改善前系鐮響應(yīng)(3).分別取不同的K3,

4、觀察比例_微分限制對系統(tǒng)性能的改善.比例微分限制能有效改善系統(tǒng)性能使系統(tǒng)更快趨于穩(wěn)定.(4)設(shè)置不同的K4,觀察測速反應(yīng)對系統(tǒng)性能的影響.仲部曲6咐2.8輸入K1匚K2口葩G堡汨草都城停打1晌應(yīng)時間最,h：Os最大二ICHh,1-測速反應(yīng)能有效改善系統(tǒng)性能使系統(tǒng)更快趨于穩(wěn)定.復河正英萬忖零概點分布,調(diào)節(jié)時間Tk72212s屯J_升時間Tr=4.146s/超調(diào)量D&t-7.4S15%丁峰值時間Tp=5.767修(5).調(diào)節(jié)各個參數(shù),使系統(tǒng)階躍響應(yīng)滿足:上升時間Tr3.5s超調(diào)量EditVitwncrtTO&IEWindev*H+lpaJk,4國審足3口目|昌Reot(2)利用MATLAB的rlo

5、cfind指令,確定根軌跡的別離點、根軌跡與虛軸的交點.(要求寫出指令,并給出結(jié)果.)指令：rlocfind(G)別離點：-2.0095+1.0186iK=0.0017與虛軸的交點：-0.0000+3.6025iK=65.8411=i：3MFiletdrtViwLnctrt7cdrDcktcpWind&wH*lp9mp|*0&白國父,1a1口國I目(3)利用MATLAB的rlocfind指令,求出系統(tǒng)臨界穩(wěn)定增益,并用指令驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性.系統(tǒng)臨界穩(wěn)定增益：65.8411由于系統(tǒng)無右半平面的開環(huán)極點,且奈奎斯特曲線不包圍(-1,j0)點,系統(tǒng)穩(wěn)定.PJF-u-e1RcslAxncJ-ciz力1

6、己出匚0,|巴三FileEditViewIn&crtToolsDesktopWindowHelp口白年1、冤白國里5n園101(4)利用SISOTOOL交互界面,獲取和記錄根軌跡別離點、根軌跡與虛軸的交點處的關(guān)鍵參數(shù),并與前面所得的結(jié)果進行校對驗證.(要求寫出記錄值,并給出說明.)Loopnar,snqedisO.OO&O|SWU3%|原值：K=0.00017校正值：K=0.000169Loqp第ncn-Hngedn71.B:：h|-clicirn口卜is0mxOssianRKJR109MIk招rT.JT!Ur原值：K=65.8411校正值：K=71.8(5)在SISOTOOL界面上,翻開閉環(huán)

7、的階躍響應(yīng)界面,然后用鼠標使閉環(huán)極點小紅方塊從開環(huán)極點開始沿根軌跡不斷移動,在觀察三個閉環(huán)極點運動趨向的同時,注意觀察系統(tǒng)階躍響應(yīng)的變化.根據(jù)觀察,A寫出響應(yīng)中出現(xiàn)衰減振蕩分量時的K的取值范圍,B寫出該響應(yīng)曲線呈現(xiàn)“欠阻尼振蕩型時的K的取值范圍.QL7IViev.erfor芭.DesignTasFileEditWindowHelpLTIVtewer國 RnkTimeUpdateJLT1Vi史力上forSISODesignTaskFileEditWindowHelp添加零點或極點對系統(tǒng)性能的影響,以二階系統(tǒng)為例開環(huán)傳遞函數(shù)-1G(s)(s20.6s)添加零點,增加系統(tǒng)阻尼數(shù),超調(diào)量減小,在sis

8、otool界面上做仿真,寫出未添加零點時系統(tǒng)的超調(diào)量,峰值,調(diào)節(jié)時間,添加零點后系統(tǒng)的超調(diào)量,峰值,調(diào)節(jié)時間,并寫出系統(tǒng)添加零點的數(shù)值,并進行理論分析.指令：G=tf(1,10.60)添加零點s=-0.417LTViewer(A)(B)0K71.80K1020realzerotoCio)a:3-0.417LIIViewertorSISODesignIaskFileEditWindowHelpLTlViewer8-16-14-1.2-1-0.8-06-04-0202=10-1yAxisFrequency(“Sec)qTOPLJ一-20-30-40ap1(OLiOpcn-L&opBedeEdrto

9、rforOpenLOOQ1(OL1100Ino-1B0-3S0口Idegreq:0值a/MCIUfreaucncyira-d/scc呂口EdricprTer仁心,*口Loop1( (CLI)Freaucncyirad/sccrIyquigtCIngram臨界穩(wěn)定K=1,Ta=2,T1=1;G=tf(21,1100)Transferfunction:2s+1sA3+sA2margin(G)nyquist(G)K(Tas1)RealAxisG8Uy-qn至tDiagram-ISOJ.RootLocuEditorforOpenLoop1(0L1LoopBcdaEditorforOpen1(OL1)日

10、CM1胃Fi|itirTor匚I口令MLoop1匚LI)-170-134Fraquncy(呂d/日日餐)Frequsncy(rad/eec)P.Ll.r16,EdegGr.i-inrda-160K(Tas1)G9(14)S(T1s1),其中K可取大于0的任意數(shù).K=1,Ta=1,T1=2;指令如下：G=tf(11,2100)Transferfunction:s+1實驗四連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正、實驗目的1,加深理解串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用.對給定系統(tǒng)進行串聯(lián)校正設(shè)計,并通過模擬實驗檢驗設(shè)計的正確性.實驗儀器1.EL-AT-III型自動限制系統(tǒng)實驗箱一臺臨界穩(wěn)定nyquist(G)臨界穩(wěn)定2

11、sA3+sA2margin(G)2.1.串聯(lián)超前校正(1)系統(tǒng)模擬電路圖如圖5-1,圖中開關(guān)S斷開對應(yīng)未校情況,接通對應(yīng)超前校正.(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5-2圖5-2超前校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.串聯(lián)滯后校正(1)模擬電路圖如圖5-3,開關(guān)s斷開對應(yīng)未校狀態(tài),接通對應(yīng)滯后校正.2.計算機一臺實驗內(nèi)容圖中2Gc2Gc1(s)=0.005S+1(s)=2(0.055S+1)1BIT2四、實驗步驟2 .測試計算機與實驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù).如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗.超前校正：3.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖5-1.電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出,電路的輸出U

12、2接A/D、D/A卡的AD1輸入,將將純積分電容兩端連在模擬開關(guān)上.檢查無誤后接通電源.4.開關(guān)s放在斷開位置.5 .在實驗工程的下拉列表中選擇實驗五五、連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正.鼠標單擊按鈕,彈出實驗課題參數(shù)設(shè)置對話框.在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置相應(yīng)的實驗參數(shù)后鼠標單擊確認等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結(jié)果,并記錄超調(diào)量p和調(diào)節(jié)時間ts.6.開關(guān)s接通,重復步驟5,將兩次所測的波形進行比擬.并將測量結(jié)果記入下表中:-超前校正系統(tǒng)指標校止前校正后階躍響應(yīng)曲線見圖1.1見圖1.28%66.419.1Tp(秒)0.1960.142Ts秒1.0460.959滯后校正：7.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖5-3.電路的輸

13、入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出,電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入,將純積分電容兩端連在模擬開關(guān)上.檢查無誤后接通電源.8.開關(guān)s放在斷開位置.9 .在實驗工程的下拉列表中選擇實驗五五、連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正.鼠標單擊按鈕,彈出實驗課題參數(shù)設(shè)置對話框,在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置相應(yīng)的實驗參數(shù)后鼠標單擊確認等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結(jié)果,并記錄超調(diào)量p和調(diào)節(jié)時間ts.10.開關(guān)s接通,重復步驟9,將兩次所測的波形進行比擬.并將測量結(jié)果記入下表中:后校正系統(tǒng)指標f_一校止前校正后階躍響應(yīng)曲線見圖2.1見圖2.2圖中Gc1(s10)=10(s+1)Gc2(s)=11s+11.啟動計算機,在桌面雙

14、擊圖標自動限制實驗系統(tǒng)運行軟件.圖1.101000MOO3MO#0口50Mq喊石勢單位：Kig-Yimv目曲電壓： 18口小丫捫典采樣：10QC*10JES3血2003-10033UU-3000MOODgMCI1000100D-50031GQOO18006oococoSo00lOOCO-50CO10002G00300D400051XIO6coo330 盯 8occ90G0LOGOI40M300二 2Q0Q10OQ-10&4g;：-30OC：7Qg于QOXl=0X2=IC000.-X2|=LDCOOYi5cooYaoocY2=LDCOG屬恰五泊單為：xiir-YimV目的電三:：四口.工丫ioo

15、D*：ioni=8%77.225.4Tp秒0.2220.367Ts秒1.2390.951圖1.2OQOCH-工7.二000其肉二T.iOGOOI=|fXTX00001EX0=X,oocAMCt-8 虎,MGt-n一rinrH-T,iiir 一-!-r-=-n-ii -*一口口匚03DZD3C-S5卬口1*DQ(H:封去DOOfrAlCKOT-:FW目碼翹E融fiDOT0006其萬gOLDOOaoooS叩叱.叩WO不OODT017H圖2.2實驗五非線性實驗一、實驗目的1 .了解非線性環(huán)節(jié)的特性.2 .掌握非線性環(huán)節(jié)的模擬結(jié)構(gòu).二、實驗儀器1 .EL-AT-III型自動限制系統(tǒng)實驗箱一臺2.計算機

16、一臺三、實驗原理1 .非線性特性的測量方法非線性特性的測量線路如圖10-1所示.三角波發(fā)生器的輸出AD1接至被測非線性環(huán)節(jié)的輸入端,而非線性環(huán)節(jié)的輸出接至AD/DA卡的采集輸入端DA1.這樣運行軟件,可以從軟件界面上看到輸入和輸出波形.圖10-1非線性特性的測量電路2 .三角波信號的產(chǎn)生三角波信號如圖10-2所示,是由軟件編程后通過D/A轉(zhuǎn)換后從DA1端輸出,是一個周期從-5到+5V,四、實驗內(nèi)容1.飽和特性、繼電器特性和滯環(huán)繼電器特性模擬電路及輸出特性曲線.改變R1、R2R3、R4的阻值,使a的值大于、等于、小于1,即可得到不同的模擬繼電器特性.+5V-5V711-111-11Mi2.死區(qū)特

17、性模擬電路及輸出特性曲線.改變R1、R2的阻值可改變死區(qū)寬度M然后從+5V到-5V變化的波形.飽和特性理想縫電特性滯環(huán)特性圖10-3非線性環(huán)節(jié)特性圖10-4死區(qū)特性五、實驗步驟1.啟動計算機,在桌面雙擊圖標自動限制實驗系統(tǒng)運行軟件.2 .測試計算機與實驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù).如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗.3.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路.電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出,電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入,檢查無誤后接通電源.4 .在實驗工程的下拉列表中選擇實驗十十、非線性實驗.5 .鼠標單擊按鈕,彈出實驗課題參數(shù)設(shè)置對話框.在參數(shù)設(shè)置對話

18、框中設(shè)置相應(yīng)的實驗參數(shù)后鼠標單擊確認等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結(jié)果結(jié)果.6.觀測顯示的波形及數(shù)據(jù)由實驗報告確定,記入表10-1中.表10-1:非線性環(huán)R1R2R3R4特性曲線理論值實測值理想繼電器特性10k10k10k10kM=3.906M=3.906飽和特性10k10k10k90ka=3.094k0=-1.24a=3.094k0=-1.24死區(qū)特性200k100k/A=2.399k0=-0.667A=2.399k0=-0.667滯環(huán)特性10k10k10k1ka=3.081b=3.869a=3.081b=3.869理想繼電器特性-2*(HDCHT.I1O：O*JOI麗2C011GM4000Qg70國-4LXjOM第 3-jOTO飽和特性:子版十AV-=7 二8.-J-J5C