實驗一--一二階系統(tǒng)地電子模擬與動態(tài)響應測試

1、實用文檔成績北京航空航天大學自動控制原理實驗報生口學 院機械學院專業(yè)方向 機械工程及其自動化班 級 140712 班學 號 14071039學生姓名孔祥龍指導教師自動控制原理實驗報告2016年10月實驗一 一、二階系統(tǒng)的電子模擬及時域響應的動態(tài)測試實驗時間2016年10月17號實驗編號目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 一、實驗目的 4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 二、實驗內容 4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Documen

2、t 建立一階系統(tǒng)的電子模型 4 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 一階系統(tǒng)參數(shù)指標數(shù)據(jù)表格 1 4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 建立二階欠阻尼系統(tǒng)的電子模型 5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 二階系統(tǒng)參數(shù)指標數(shù)據(jù)表格 2 5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 三、實驗設備 6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 四、實驗原理 74.1 一階

3、系統(tǒng) 7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4.3二階系統(tǒng) 7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 五、實驗步驟 9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 六、注意事項 9七、實驗結果圖 10 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 一階系統(tǒng)實驗結果圖 10一階系統(tǒng)理論結果圖 11二階系統(tǒng)實驗結果圖 13一階系統(tǒng)理論結果圖 15 HYPERLINK l bookmark30 o Current Documen

4、t 八、結果分析 17一、實驗目的精通在電子模擬機上建立典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模型的方法；掌握階躍響應的測試方法；學習在電子模擬機上建立典型系統(tǒng)模型的方法；理解一、二階系統(tǒng)階躍響應及其性能指標與系統(tǒng)參數(shù)之間的關系二、 實驗內容建立一階系統(tǒng)的電子模型建立一階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄不同時間常數(shù) T時的躍響應曲線，測定其過渡過程時間。一階系統(tǒng)參數(shù)指標數(shù)據(jù)表格1表1、一階系統(tǒng)參數(shù)指標T0.25C1微法R0.25M?Ts實測（取土 5%K差 帶）0.81s0.51.01微法1微法1M?1M?1.50s3.03sTs理論（取土 5%1差 帶）0.75s1.5s3s階躍響應 曲線（理論）附圖8附圖9附圖10階躍響

5、應曲線（實際）附圖5附圖6附圖7建立二階欠阻尼系統(tǒng)的電子模型建立二階欠阻尼系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄不同阻尼比（時的躍響應曲線, 測定其超調量加過渡過程時間Ts.二階系統(tǒng)參數(shù)指標數(shù)據(jù)表格2表2、二階系統(tǒng)參數(shù)指標0.250.50.7071.0C21微法1微法1微法1微法R42M?1M?0.5M?0.707M?喊測48.45%20.13%1.08%7.19%哪論44.43%16.3 %0%4.33%Ts實測（取士 5%1差帶）10.54s5.15s3.99s5.06sTs理論（取士 5藤差帶）14s7s3.5s4.9505s階躍響應曲線（理論）附圖15附圖16附圖17附圖18階躍響應曲線（實際）附

6、圖11附圖12附圖13附圖14三、實驗設備實驗系統(tǒng)如圖所示，包括:1、數(shù)字計算機2、電子模擬機3、萬用表4、測試導線圖1-混合仿真系統(tǒng)實物圖四、實驗原理4.1 一階系統(tǒng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:模擬運算電路如圖2所示:圖2- 一階模擬運算電路由圖2得在實驗當中始終取，則 ，理論值取不同的時間常數(shù)T分別為：0.25、0.5、1。記錄不同時間常數(shù)下階躍響應曲線，測量紀錄其過渡過程時間。（取5%誤差帶）記錄數(shù)據(jù)如表格1.4.3二階系統(tǒng)其傳遞函數(shù)為: 一 ,則系統(tǒng)結構如圖3所示：令圖3-二階系統(tǒng)結構圖 C(s)圖4-二階系統(tǒng)模擬線路圖取，其中1 M?微法則一工及士 理論值-（T工士取不同的值己，己 ，己，己 ，

7、觀察并記錄階躍響應曲線，測量超調量6如表格2.（取5%K差帶），計算過渡過程時間 。記錄數(shù)據(jù)根據(jù)結構圖，建立的二階系統(tǒng)模擬線路如圖 4所示:五、實驗步驟熟悉HHMN-1型電子模擬機的使用方法，將各運算放大器接成比例器， 通電調零。斷開電源，按照實驗說明書上的條件和要求，計算電阻和電容的取值， 按照模擬線路圖搭接線路。謹慎連接輸入、輸出端口，不可接錯。線路接好后，經(jīng)教師檢查后再通 電。在Windows XP桌面用鼠標雙擊“ MATLAB圖標后進入，在命令行處鍵 入“autolab ”進入實驗軟件系統(tǒng)。在系統(tǒng)菜單中選擇實驗項目，選擇“實驗一”，在窗口左側選擇“實驗 模型”，其它步驟察看概述3.2節(jié)

8、內容。觀測實驗結果，記錄實驗數(shù)據(jù)（參見注意事項 2）,及時繪制實驗結果 圖形，填寫實驗數(shù)據(jù)表格，完成實驗報告。六、注意事項謹慎連接輸入、輸出端口，將D/A1與系統(tǒng)輸入端Ui連接，將A/D1與 系統(tǒng)輸出端Uo連接。實驗數(shù)據(jù)分為計算機數(shù)值仿真和平實物實時仿真兩種，分被保存在 workspace 中，其中 input 、output、time 為數(shù)值仿真數(shù)據(jù)，rt_input 、rt_output 、 rt_time 為實時仿真數(shù)據(jù)。本次實驗課上要求同學完成半實物實時仿真，相關設置可察看概述3.2 節(jié)內容。每個實驗完成后都應及時進行數(shù)據(jù)的記錄，包括要保存實驗結果圖形、 數(shù)據(jù)、性能指標，下一次實驗的數(shù)

9、據(jù)將會把上一次實驗數(shù)據(jù)覆蓋。七、實驗結果圖7.1 一階系統(tǒng)實驗結果圖圖5T圖6實用文檔圖8圖77.2 一階系統(tǒng)理論結果圖實用文檔T實用文檔圖12圖107.3二階系統(tǒng)實驗結果圖14071039-介4) 25口 24881012141320T(6圖11實用文檔14071039-介 47071QT圖1314071029-弁圖147.4 一階系統(tǒng)理論結果圖圖15實用文檔T圖16實用文檔圖171407103 %二介 *1圖18八、結果分析從結果來看，尤其是實際值與理論值的比較，誤差存在，但并不大，可以說 公式得到了很好的驗證。而二階系統(tǒng)較一階系統(tǒng)誤差要大，是因為用于計算超調 時間的公式本身就是近似公式，理論計算時忽略了很多因子，會造成較大誤差。一階系統(tǒng)穩(wěn)定，調節(jié)的時間和理論值除個別外差別不大，符合度好，個別原 因可能是數(shù)據(jù)傳輸時碰到導線所致。二階系統(tǒng)存在超調量，就平穩(wěn)性而言，阻尼比越大，超調量越小，振蕩傾向 越弱，平穩(wěn)性好。而阻尼比越小，超調量越大，振蕩越強，平穩(wěn)性差。但注意到， 阻尼比越大（接近1）系統(tǒng)的響應越遲鈍，調節(jié)時間變長快速性差，在阻尼比較 小時，初始響應速度快，但振蕩強烈，衰減緩慢，所以調節(jié)時間也長，快速性也差。比較易知 阻尼系數(shù)為0.707的系統(tǒng)更具有優(yōu)越性，當阻尼系數(shù)為0.707時, 系統(tǒng)超調量較小，且調節(jié)時間短，