杭州电子科技大学自动控制原理实验报告.docx

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杭州电子科技大学自动控制原理实验报告

自动控制原理

实验报告

班级：

学号：

姓名：

指导老师：

3.1.1典型环节的模拟研究

典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。

图3-1-1典型比例环节模拟电路

传递函数：

；单位阶跃响应：

按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。

R0

R1

输入Ui

比例系数K

计算值

测量值

200K

100K

4V

0.5

0.50

50K

200K

1V

4

3.92

图1比例：

R0=200，R1=100，Ui=4V

图2比例：

R0=50，R1=200，Ui=1V

2）．观察惯性环节的阶跃响应曲线

典型惯性环节模拟电路如图3-1-2所示。

图3-1-2典型惯性环节模拟电路

传递函数：

单位阶跃响应：

按下表改变图3-1-2所示的被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入实验报告。

R0

R1

C

输入Ui

比例系数K

惯性常数T

计算值

测量值

计算值

测量值

200K

200K

1u

4V

1

1.0

0.2

0.2

50K

1u

1V

4

3.9

0.2

0.2

图3惯性：

R0=200R1=200C=1Ui=4

图4惯性：

R0=50R1=200C=1Ui=1

3）．观察积分环节的阶跃响应曲线

典型积分环节模拟电路如图3-1-3所示。

图3-1-3典型积分环节模拟电路

传递函数：

单位阶跃响应：

按下表改变图3-1-3所示的被测系统时间常数，观测结果，填入实验报告。

R0

C

输入Ui

积分常数Ti

计算值

测量值

200K

1u

1V

0.2

0.21

100K

1u

0.1

0.10

图5积分：

R0=200，C=1u

图6积分：

R0=100，C=1u

4）．观察比例积分环节的阶跃响应曲线

典型比例积分环节模拟电路如图3-1-4所示.。

图3-1-4典型比例积分环节模拟电路

传递函数：

单位阶跃响应：

按下表改变图3-1-4所示的被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入实验报告。

R0

R1

C

输入Ui

比例系数K

积分常数Ti

计算值

测量值

计算值

测量值

200K

200K

1u

1V

1

1

0.2

0.17

100K

1u

2

2.148

0.1

0.11

图7比例积分：

R0=200，C=1

图8比例积分：

R0=100，C=1

3.1.2二阶系统瞬态响应和稳定性

图3-1-7Ⅰ型二阶闭环系统模拟电路

积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=1S

惯性环节（A3单元）的惯性时间常数T=R2*C2=0.1S

阻尼比和开环增益K的关系式为：

临界阻尼响应：

ξ=1，K=2.5，R=40kΩ

欠阻尼响应：

0<ξ<1，设R=4kΩ，K=25ξ=0.316

过阻尼响应：

ξ>1，设R=70kΩ，K=1.43ξ=1.32>1

三．

按下表改变图3-1-7所示的实验被测系统，画出系统模拟电路图。

调整输入矩形波宽度≥3秒，电压幅度=3V。

（1）.画出跃响应曲线，测量超调量Mp，峰值时间tp填入实验报告。

（计算值实验前必须计算出）

增益

K

（A3）

惯性常数

T

（A3）

积分常数

Ti

（A2）

自然频率

ωn

计算值

阻尼比

ξ

计算值

超调量Mp（%）

峰值时间tP

计算值

测量值

计算值

测量值

25

0.1

1

15.81

0.316

35.1

25.4

0.209

0.21

20

0.1

0.2

31.62

0.158

60.5

59.9

0.10

0.12

图9瞬态响应：

K=25T=0.1Ti=1

图10瞬态响应：

K=20T=0.1Ti=0.2

3.2.1频率特性测试

图3-2-1被测系统的模拟电路图

三．

按下表改变实验被测系统正弦波输入频率：

（输入振幅为2V）。

观测幅频特性和相频特性，填入实验报告。

並画出幅频特性、相频特性曲线。

输入频率

Hz

幅频特性

相频特性

计算值

测量值

计算值

测量值

1

5.95

5.78

7.16

7

1.6

5.85

5.62

11.37

12

4.5

4.82

4.50

29.49

31

8

2.99

2.76

45.15

47

12.5

0.62

0.304

57.52

57

图11频域分析：

1Hz

图12频域分析：

1.6Hz

图13频域分析：

4.5Hz

图14频域分析：

8Hz

图15频域分析：

12.5Hz

3.3线性系统的校正与状态反馈

控制系统的校正与状态反馈就是在被控对象已确定，在给定性能指标的前提下，要求设计者选择控制器（校正网络）的结构和参数，使控制器和被控对象组成一个性能满足指标要求的系统。

3.3.1频域法串联超前校正

串联超前校正后系统频域特性测试的模拟电路图见图3-3-5。

图3-3-5串联超前校正后系统的传递函数为：

图3-3-5串联超前校正后系统频域特性测试的模拟电路图

（3）运行、观察、记录：

3）串联超前校正系统的时域特性的测试

串联超前校正后系统时域特性测试的模拟电路图见图3-3-10。

图3-3-10串联超前校正后系统时域特性测试的模拟电路图

三．实验数据记录

相位裕度γ′

（设计目标）

测量值

相位裕度γ′

超调量Mp（%）

峰值时间tP

40°

41°

34.36

0.180