自控实验报告.docx
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自控实验报告
电信学院
自动控制实验报告
姓名：
徐永波
学号：
12410112
实验一典型环节及其阶跃响应
一、实验目的
1.掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。
2.掌握控制系统时域性能指标的测量方法。
二、实验仪器
1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台
2．计算机一台
三、实验原理
1．模拟实验的基本原理
控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输
入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起
来，便得到了相应的模拟系统。
再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测
量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。
若改变系统的参数，
还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。
四、实验内容
1、比例环节
模拟电路图
R1=R2=50K响应曲线
结果分析：
比例环节中，输入阶跃信号后，输出信号立刻跳变并根据电路的比例达到最终的稳定输出。
2、惯性环节
模拟电路图
R1=R2=50KC1=10UF响应曲线
结果分析:
输出电压逐渐增大,最后按比例输出。
3、积分环节
模拟电路图
R1=50KC1=10UF响应曲线
结果分析：
直流信号输入，经积分环节，产生斜率大约为1的直线。
4、微分环节
模拟电路图
R=1KC1=0.01u响应曲线
为了看到效果，在R上并联个电容C2
R1=10KC1=1UFC2=0.01UF响应曲线
实验分析：
由于存在误差，产生的输出波形在0附近拨动。
5、比例微分环节
模拟电路图
R1=R2=1KC1=0.01u响应曲线
结果分析:
由于存在误差，产生的输出波形在输入波形的反向附近拨动。
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和无阻尼自然频率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．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。
二、实验仪器
1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台
2．计算机一台
三、实验原理
控制系统模拟实验利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然
后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。
再将输入
信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统
的动态响应曲线及性能指标。
若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的
影响。
四、实验内容
典型二阶系统的闭环传递函数为
，
（T是时间常数）。
其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的影响。
构成图2-1典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：
图2-1模拟电路图
五、实验步骤
1.取ωn=10rad/s,即令R=100KΩ，C=1μf；分别取ζ=0、0.25、1、2，即取R1=100KΩ，R2分别等于0、100KΩ、200KΩ、400KΩ。
输入阶跃信号，测量不同的ζ时系
统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应动态
曲线，并与理论值比较。
2.取ζ=0.5。
即电阻R2取R1=R2=100KΩ；ωn=100rad/s,即取R=100KΩ，改变电路中的电容C=0.1μf（注意：
二个电容值同时改变）。
输入阶跃信号测量系统阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量σp和调节时间Ts。
六、实验结果
R2=0响应曲线
R2=100K响应曲线
R3=200K响应曲线
R=400K响应曲线
R=100KC=0.1UF响应曲线
七、实验结果分析
1、
（1）二阶系统的模拟电路图如下：
图2-1
（2）系统结构图如下：
图2-2
（3）系统闭环传递函数：
G（S）=G1G2G3/（1+G2G3G4+G1G2G3）其中G1=10/s,G2=10/s,G3=1,G4=R2/R1。
2、取ωn=10rad/s,即令R=100KΩ，C=1μf
R2
Mp
Ts
0
5OOOmv
500ms
100KΩ
1137mv
280ms
200KΩ
1008mv
478ms
400KΩ
965mv
665ms
可知在自然频率不变的情况下，阻尼比越小，上升时间越短，系统响应速度越快，调节时间越短，超调量越大。
取R1=R2=100KΩ；ωn=100rad/s
R/C
Mp
Ts
100KΩ/C=0.1μf
1223mv
72ms
可知比调节时间变小，即角频率变大，峰值变大，超调量变大。
3、实际值与理论值的比较（小写为理论值）
ζ
ωn
MP
TS
mp
ts
0
10rad/s
5OOOmv
500ms
4995mv
459ms
0.5
10rad/s
1137mv
280ms
1234mv
253ms
1
10rad/s
1008mv
478ms
998mv
475ms
2
10rad/s
965mv
665ms
956mv
635ms
0.5
100rad/s
1137mv
280ms
1234mv
258ms
由上表可以看出实验值与理论值基本相同。
实验三连续系统串联校正
一、实验目的
1、加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。
2、对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性。
二、实验仪器
1、EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台
2、计算机一台
三、实验内容
1、串联超前校正
（1）系统模拟电路图如图3-1，图中开关S断开对应未校情况，接通对应超前校正。
（2）系统结构图如图3-2
图中
，
2、串联滞后校正
（1）模拟电路图如图3-3，开关s断开对应未校状态，接通对应滞后校正。
（2）系统结构图示如图3-4
图中
，
3、串联超前—滞后校正
（1）模拟电路图如图5-5，双刀开关断开对应未校状态，接通对应超前—滞后校正。
（2）系统结构图示如图3-6。
图中
，
四、实验步骤
（1）连接被测量典型环节的模拟电路，开关S放在断开位置；
（2）系统加入阶跃信号，测量系统阶跃响应，并记录超调量
和调节时间
；
（3）开关S接通，重复步骤
（2），并将两次所测的波形进行比较。
2、滞后校正：
（1）连接被测量典型环节的模拟电路，开关S放在断开位置，系统加入阶跃信号。
测量系统阶跃响应，并记录超调量
和调节时间
；
（2）开关S接通，重复步骤
（2），并将两次所测的波形进行比较。
3、超前--滞后校正：
（1）接被测量典型环节的模拟电路，双刀开关放在断开位置，系统加入阶跃信号，测量系统阶跃响应，并记录超调量
和调节时间
；
（2）双刀开关接通，重复步骤
（2），并将两次所测的波形进行比较。
五、实验结果
1、串联超前校正
没接开关响应曲线
接开关响应曲线
2、串联滞后校正
开关断开响应曲线
开关闭合响应曲线
3、超前—滞后校正
开关断开响应曲线
开关闭合响应曲线
六、实验结果分析
（1）超前校正
校正前系统传递函数为G=40/（0.2s*s+s）
校正后系统传递函数为G=（2.2s+40）/（0.01s*s*s+0.25s*s+s）
波特图如下：
图3-7
通过波特图和系统阶跃响应可以看出超前校正增大系统的相角裕度，改善了系统的稳定性和平稳性。
（2）滞后校正
校正前系统传递函数为G=50/（0.005s*s*s+0.5s*s+s）
校正后系统传递函数为G=（50s+50）/（0.03s*s*s*s+3.005s*s*s+6.5s*s+s）
波特图如下：
图3-8滞后校正波特图
通过波特图和系统阶跃响应看出滞后校正通过对快速性的限制换取了系统的稳定性。
（3）超前-滞后校正
校正前系统传递函数为G=60/（0.001s*s*s+0.11s*s+s）
校正后系统传递函数为G=60（1.2s+1）（0.15s+1）/[（0.001s*s*s+0.11s*s+s）（0.3s*s+6.05s+1））
波特图如下：
图3-9超前滞后校正波特图
通过波特图和系统阶跃响应可以看出超前-滞后校正能够综合超前和滞后校正的优点，全面提高系统的控制性能。
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