自动控制原理实验报告.docx

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自动控制原理实验报告

1.2.1典型线性环节的研究

1．实验目的

①学习典型线性环节的模拟方法；

②研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。

2．实验预习要点

①自行设计典型环节电路。

②选择好必要的参数值，计算出相应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。

3．实验设备

计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。

4．实验内容

熟悉自动控制原理辅助开发系统和实验箱，完成如下内容。

1比例环节

图1-18比例环节阶跃响应

图中，，分别求取；；时的阶跃响应。

（1）Kp=0.5；输入3.6753V，输出—1.8377V

（2）Kp=1;输入3.6753V，输出3.6753V

（3）Kp=2；输入3.6753V，输出7.3506V

②积分环节

图1-19积分环节阶跃响应

图中，分别求；；时的阶跃响应曲线。

（1）Ti=1s

2）Ti=4.7s

3）Ti=10.0s

③比例积分环节

图1-20比例积分环节阶跃响应

图中，，分别求取；；时的阶跃响应曲线。

1）kp=1,Ti=4.7s

2）kp=1,Ti=10s

3）kp=5,Ti=4.7s

④比例微分环节

图1-21比例微分环节阶跃响应

图中，，其中。

分别求取；；时的阶跃响应曲线。

1）

2）

3）

⑤比例微分积分环节

图1-22比例微分积分环节阶跃响应

图中，，，，，求取，，时的阶跃响应曲线。

⑥一阶惯性环节

图1-23一阶惯性环节阶跃响应

图中，，，分别求取，，时的阶跃响应曲线。

1）

2）

3）

5．思考题

①设计一个能满足e1+e2+e3=e运算关系的实用加法器。

②一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节？

在什么条件下可视为比例环节？

③如何设置必要的约束条件,使比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化?

1.2.2二阶系统的阶跃响应和线性系统的稳定性研究

1．实验目的

①学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法；

②研究二阶系统的两个重要参数对阶跃瞬态响应指标的影响；

③研究线性系统的开环比例系数K对稳定性的影响；

④研究线性系统的时间常数T对稳定性的影响。

2．实验预习要点

①自行设计二阶系统电路。

②选择好必要的参数值，计算出相应的阶跃响应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。

3．实验设备

计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。

4．实验内容

典型二阶系统方块图和实现电路如图1-24所示。

图1-24二阶系统

闭环传递函数如下：

，（T是时间常数）。

各运算放大器运算功能：

OP1，积分，；

OP2，积分，；

OP9，反相，（-1）；

OP6，反相比例，。

可以得到：

5．实验步骤

①调整，使，，取，，使T=0.47s，，加入单位阶跃扰动，记录响应曲线，记作[1]。

②保持不变，单位阶跃扰动不变，取，，使T=1.47s，，记录响应曲线，记作[2]。

③保持不变，单位阶跃扰动不变，取，,使T=1.0s，，记录响应曲线，记作[3]。

④保持不变，单位阶跃扰动不变，取，使k=0.8，，记录响应曲线，记作[4]。

⑤保持不变，单位阶跃扰动不变，取，使k=2.0，，记录响应曲线，记作[5]。

要求：

将曲线[1]、[2]、[3]进行对比，[3]、[4]、[5]进行对比，将[3]中的和理论值进行比较。

并讨论。

（1）k=0.4，w=1/0.47,s=0.2

（2）C=1.47u

（3）C=1.0u

（4）Rf=80k

（5）Rf=200k

6．三阶系统稳定性分析

三阶系统的方框图和模拟电路如图1-25所示。

图1-25三阶系统

图中，，，，，，，。

7．实验步骤

①求取系统的临界开环比例系数KC,其中：

Cf1=Cf2=Cf3=0.47u；Ri3=1M。

实验求取方法：

●先将电位器WR置于最大（470K）；

●加入r=0.5V的阶跃扰动；

●调整WR使系统输出c（t）呈等幅振荡。

（t=5s/cm,y=0.5V/cm）；

●保持WR不变，断开反馈线，维持r=0.5V的扰动，测取系统输出电压Uc,则。

②系统的开环比例系数K对稳定性的影响

●适当调整WR，观察K增大、减小时，系统的响应曲线；

●记录当K=0.5Kc时的系统响应曲线（t=5s/cm,y=100mV/cm）；

●记录当K=1.25Kc时的系统响应曲线（t=5s/cm,y=0.5V/cm）。

●1）等幅振荡

●

（1）有反馈

●

●

（2）无反馈

●

●2）K=0.5Kc

●开环

●

●闭环

●

●3）K=1.25Kc

●开环

●

●闭环

●

8．思考题

①若模拟实验中c（t）的稳态值不等于阶跃输入函数r（t）的幅度，主要原因可能是什么？

②计算三阶系数的临界开环比例系数Kc及其呈现等幅振荡的自振频率,并将它们与实验结果比较。