自动控制原理1.docx

自动控制原理1.docx

《自动控制原理1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制原理1.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

自动控制原理1

自动控制原理

实验报告

专业：

电气工程及其自动化

班级：

2007060503

指导老师：

康东

学生：

戴凌冉

学号：

200706050312

2009-11-10

实验一典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1、学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。

2、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。

二、实验内容

构成下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。

比例环节的模拟电路及其传递函数示图1-1。

G（S）=-R2/R1

图1-1

惯性环节的模拟电路及其传递函数示图1-2。

G（S）=-K/TS+1K=R2/R1,T=R2*C

图1-2

积分环节的模拟电路及其传递函数示图1-3。

G（S）=1/TST=RC

图1-3

微分环节的模拟电路及其传递函数示图1-4。

G（S）=-RCS

图1-4

比例加微分环节的模拟电路及其传递函数示图1-5。

G（S）=-K（TS+1）K=R2/R1T=R2C

图1-5

比例加积分环节的模拟电路及其传递函数示图1-6。

G（S）=K（1+1/TS）K=R2/R1,T=R2C

图1-6

三、实验步骤

1、连接被测量典型环节的模拟电路及D/A、A/D连接，检查无误后接通电源。

2、启动应用程序，设置T和N。

参考值：

T=0.05秒,N=200。

3、观测计算机屏幕示出的响应曲线及数据记录波形及数据

四、实验结果

比例环节的模拟电路响应曲线如图1-7.

图1-7

惯性环节的模拟电路响应曲线如图1-8.

图1-8

积分环节的模拟电路响应曲线如图1-9.

图1-9

微分环节的模拟电路响应曲线如图1-10

图1-10

比例加微分环节的模拟电路响应曲线如图1-11。

图1-11

比例加积分环节的模拟电路响应曲线如图1-12.

图1-12

五、实验分析

把电路图中的各项参数带入传递函数中，得出比例环节的传递函数为G（S）=-2,

又因为输入为单位阶跃响应，所以输出函数C（S）=-2,再由拉氏反变换可得g（t）=-2δ（t）。

所以实验结果图1-7有错。

惯性环节的传递函数为G（S）=

，由拉氏反变换可得g（t）=-10e

所以实验结果图1-8有错。

1、画出惯性环节、积分环节、比例加微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所有记录的惯性环节

、积分环节、比例加微分环节的响应曲线。

       2、由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。

实验二二阶系统阶跃响应

一、实验目的

1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频ωn对系统动态性能的影响，定量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调节时间ts之间的关系。

2、进一步学习实验仪器的使用方法。

3、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。

二、实验原理及电路

典型二阶系统的闭环传递函数为

其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的影响。

二阶系统模拟电路如图2-1所示，经计算得

图2-1

电路的结构图如图2-2所示。

图2-2

系统闭环传递函数为

式中T=RC,K=R2/R1

比较

（1）,

（2）二式，可得ζ=1/T=1/RC，ωn=K/2=R2/R1（3）

由（3）式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。

改变RC值可以改变无阻尼自然频率。

今取R1=200k，R2=0--500KΩ，（R2由电位器调节），可得实验所需的阻尼比，电阻R取100KΩ

三、实验步骤

1、了解实验仪器，熟悉实验仪器的使用方法。

2、取ωn=10rad/s,即令R=100KΩ，C=1uf;分别取ζ=0,0.25,0.5,0.7,1,2,即取R1=100KΩ。

R2（R2由电位器调节）分别等于0，50KΩ，100KΩ，140KΩ，200KΩ，400KΩ。

输入阶跃信号，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应的动态曲线，并于理论值比较。

3、取ζ=0.5,即取R1=R2=100KΩ;ωn=100rad/s,即取R=100KΩ,C=0.1uf注意：

二个电容值同时改变，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量σp和调节时间tn。

4、取R=100KΩ;C=1uf,R1=100KΩ,R2=50KΩ,测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录tp和σp的数值。

四、实验结果

五、实验分析

1、画出二阶系统的模拟电路图，并求参数ζ和ωn的表达式。

       2、把不同ζ和ωn条件下测量的Mp和ts值列表，根据测量结果得出相应结论。

       3、根据步骤3画出系统响应曲线，再由ts和Mp计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。

实验三控制系统的稳定性分析

一、实验目的

1、观察系统的不稳定现象。

2、研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响

二、实验电路图

系统模拟电路图如图3-1所示。

图3-1

其开环传递函数为：

G（s）=10K/s（0.1s+1）（Ts+1）

式中K1=R3/R2,R2=100KΩ,R3=0--500K；T=RC，R=100KΩ，C=1UF或C=0.1UF两种情况

三、实验步骤

1、输入信号u1,c=1uf,改变电位器，使R3从0--500KΩ方向变化，此时相应k=10k1=0--100。

观测输出波形，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值；再把电位器电阻由大至小变化，即R3=500KΩ--0，找出系统输出从产生等副振荡变化的R3即K值，并观察U2的波形。

2、在步骤1条件下，使系统工作在不稳定状态，即工作在等幅振荡情况，电容C由1uf,观察系统稳定性的变化。

四、实验结果

R3=0，100，200，300，400，500KΩ时，输出波形如图3-2—3-7所示。

R3=0KΩ

图3-2

R3=100KΩ

图3-3

R3=200KΩ

图3-4

R3=300KΩ

图3-5

R3=400KΩ

图3-6

R3=500KΩ

图3-7

五、实验分析

1、画出步骤1的模拟电路图。

         2、画出系统1增幅或减幅振荡的波形图

         3、计算系统的临界放大系数，并与步骤1中测得临界放大系数相比较。

实验四系统频率特性测量

一、实验目的

1、加深了解系统及元件频率特性的物理概念。

2、掌握系统及元件频率特性的测量方法。

二、实验内容

1、模拟电路图及系统结构图分别于图4-1和图4-2。

图4-1

图4-2

2、系统传递函数取R3=500KΩ，则系统传递函数为

若输入信号U

（1）=U1sinωt,则在稳态时，其输出信号为u2（t）=u2sin（ωt+Ψ）。

改变输入信号角频率ω值，使可测得二组u2/u1和Ψ随ω变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。

三、实验结果

由软件绘制出的Bode图如图4-3所示。

图4-3

四、实验分析

系统传递函数为G（S）=

，即G（S）=

，可以看出该传递函数为一振荡环节，其ωn=

所以其Bode图应为图4-4所示：

图4-4

所以，软件绘制出的Bode图有错误。

1、画出被测系统的模拟电路图，计算其传递函数，根据传递函数绘制Bode图。

         2、把上述测量数据列表，根据此数据画Bode图。

         3、分析测量误差。