北理工自动控制理论实验报告.docx

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北理工自动控制理论实验报告

自动控制理论实验

学院:

班级:

06111105

姓名:

学号:

实验1典型环节的模拟研究

（一）、实验目的：

1、了解和掌握各类典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域表达式，以及测量典型环节参数的方法。

2、观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项参数对典型环节动态特性的影响。

（二）、实验原理

典型环节的结构图、传递函数，以及输入为单位阶跃时的输出响应时域表达：

1．比例环节：

传递函数：

时域输出响应：

2．惯性环节：

传递函数：

时域输出响应：

3．积分环节：

传递函数：

时域输出响应：

4．比例积分环节：

传递函数：

时域输出响应：

5．比例微分环节：

传递函数：

时域输出响应：

：

6．比例积分微分环节：

传递函数：

时域输出响应：

（三）、实验内容：

1、用运算放大器构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节和比例积分微分环节。

2、在阶跃输入信号作用下，记录各环节的输出波形。

3、在运算放大器上实现各环节的参数变化。

（四）、实验方法与步骤

1、根据原理图连接实验电路。

2、为了便于观察实验中的响应曲线，采用函数发生器输出矩形波（连续的正输出的阶跃信号）作为输入系统的Ui,测量输入和输出波形图。

幅度调节为0.5V，正脉宽调节使输出宽度不小于1秒。

3、运行、观察、记录。

（五）、实验结果

实验各环节输入输出波形如下：

（注：

黑色波形表示输入，红色波形表示输出）

1、比例环节

改变比例系数，得到下面三组波形

2.惯性环节

3.积分环节

4.比例积分环节

5.比例微分环节

6.比例积分微分环节

实验2二阶系统瞬态响应和稳定性分析

（一）、实验目的

1.了解和掌握二阶系统模拟电路的构成方法。

2.观察和分析二阶系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的瞬态响应曲线及在阶跃输入时的动态响应指标，如

等，并与理论值做比较。

（二）、实验原理

实验原理电路图

（三）、实验内容

1.观察阻尼比系数

对该系统的过渡过程的影响，改变可变电阻R来调整系统的开环增益K，从而改变系统的结构参数。

2.改变被测系统的各项电路参数，计算和测量被测对象的临界阻尼的增益K。

3.改变电路的各项参数，计算和测量被测对象的超调量和峰值时间，画出阶跃响应曲线。

（四）、实验方法与步骤

1、根据原理图连接实验电路。

2、测量时域响应波形和数据。

3、将所测得的数据填入实验数据表中。

（五）、实验实测波形

1.欠阻尼阶跃响应曲线

2.临界阻尼阶跃响应曲线

3.过阻尼阶跃响应曲线

（六）、实验数据

1.计算和观察被测对象的临界阻尼的增益K，填入下表1.

2.记录阶跃响应曲线，测量超调量和峰值时间

实验3三阶系统瞬态响应和稳定性分析

（一）、实验目的

1.了解和掌握典型三阶系统模拟电路的构成方法。

2.观察和分析三阶系统在阶跃信号输入时系统的稳定、临界稳定以及不稳定三种瞬态响应。

（二）、实验原理

典型三阶闭环系统模拟电路图

（三）实验波形

1.临界稳定

2.衰减振荡

3.发散振荡