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
实验内容
3.1线性系统的时域分析
3.1.1典型环节的模拟研究
1．实验目的
1.了解掌握各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函数表达式。
2.观察分析各典型环节阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。
2．实验内容及步骤
观察分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。
改变被测环节各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观察结果填入实验报告。
运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
1）.观察比例环节的阶跃响应曲线
1.典型环节模拟电路如下图所示：
2.实验截图如下：
3.按照实验指导书上的实验步骤，并按下表改变上图所示被测系统比例系数，观测结果记入如下：
R0
R1
输入Ui
比例系数K
输入值
输出值
计算值
测量值
200K
100K
4V
0.5
200K
4V
1
50K
100K
2V
2
200K
1V
4
2）.观察惯性环节的阶跃响应曲线
1.典型环节模拟电路如下图所示：
2.实验过程截图如下：
3.按照实验指导书上的实验步骤，并按下表改变上图所示被测系统时间常数及比例系数，观察结果，填入下表：
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
0.2
2u
1
0.4
50K
100K
1u
2V
2
0.1
200K
1V
4
0.2
3）.观察积分环节的阶跃响应曲线
1.典型积分环节的模拟电路如下图所示：
2.实验过程截图如下：
3.按照实验指导书上的实验步骤，并按下表改变上图所示被测系统时间常数，观测结果，填入下表：
R0
C
输入Ui
积分常数Ti
计算值
测量值
200K
1u
1V
2u
100K
1u
2u
4）.观察比例积分环节的阶跃响应曲线
1.典型比例积分环节的模拟电路如下图所示：
2.实验过程截图如下：
3.按照实验指导书上的实验步骤，并按下表改变上图所示被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入下表：
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
2u
1
100K
1u
2
2u
2
5）.观察比例微分环节的阶跃响应曲线
1.典型比例微分环节的模拟电路如下图所示：
2.实验过程截图如下：
3.按照实验指导书上的实验步骤，并按下表改变上图所示被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入下表：
①打开虚拟示波器的界面，点击歹势，用示波器观测系统的A6输出端（Uo），等等完整波形出来后，把输出最高点电压减去稳态输出电压，然后乘以0.632，得到ΔV。
根据上截图可知：
ΔV=5.000×0.632=0.789
②移动虚拟示波器两根横游标，从最高端开始到ΔV处为止，得到与微分的指数曲线的焦点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的焦点，量得Δt。
根据上截图可知：
Δt=0.040
③已知Kd=10，则比例微分环节的模拟电路微分时间常数：
Td=Kd×Δt=10×0.040=0.40
3.1.2二阶系统瞬态响应和稳定性
一．实验目的
1.了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型二阶闭环系统的传递函数标准式。
2.研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼震荡频率ω、阻尼比ξ对过渡过程的影响。
3.掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts的计算。
4.观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统咋在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入是的动态性能指标Mp、tp值，并与理论计算值作比对。
二．实验内容及步骤
1.Ⅰ型二阶闭环系统的模拟电路如下图所示：
2.实验过程截图如下：
3.计算和观察被测对象的临界阻尼的增益K，填入下表：
积分常数Ti
惯性常数T
增益K计算值
1
0.1
0.2
0.3
0.5
0.1
0.2
4.画出阶跃响应曲线，测量超调量Mp，峰值时间tp，填入下表：
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（s）
计算值
测量值
计算值
测量值
25
0.1
1
0.2
0.3
20
0.1
0.5
0.2
40
3.2线性控制系统的频域分析
3.2.1频率特性测试
1．实验目的
1.了解线性系统频率特性的基本概念。
2.了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（伯德图）的构造及绘制方法。
2．实验内容及步骤
1.被测系统一阶惯性的模拟电路图如下图所示，观测被测系统的幅频特性和相频特性，填入实验报告，并在对视坐标纸上画出幅频特性和相频特性曲线。
2.本实验将正弦波发生器（B4）单元的正弦波加于被测系统的输入端，用虚拟示波器观测被测系统的幅频特性和相频特性，了解各种正弦波输入频率的被测系统的幅频特性和相频特性。
3.运行LABACT程序，在界面的自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析实验项目，选择时域分析，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观察波形，应避免系统进入非线性状态。
4.点击停止键后，可拖动时间量程（在运行过程中，时间量程无法改变），以满足观察要求。
3．实验结果分析
1.一阶惯性的模拟电路图如下：
2.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：
输入频率
Hz
幅频特性L（ω）
相频特性ψ（ω）
计算值
测量值
计算值
测量值
0.5
1
1.6
3.2
4.5
6.4
8
9.6
12.5
16
20
3.画出幅频特性和相频特性曲线图如下：
3.3线性系统的校正与状态反馈
3.3.1频域法串联超前校正
频域法校正主要是通过对被控对象的开会对数幅频特性和相频特性（伯德图）观察和分析实现的。
1．实验目的
1.了解和掌握超前校正的原理。
2.了解和掌握利用闭环和开环的对数幅频特性和相频特性完成超前校正网络的参数的计算。
3.掌握在被控系统中如何串入超前校正网络，构建一个性能满足指标要求的新系统的方法。
2．实验内容及步骤
1）.未校正系统的时域特性的测试
1.未校正系统模拟电路图如下所示：
2.运行LABACT程序，在界面自动控制菜单下的“线性系统的校正和状态反馈”实验项目，选中“线性系统的校正”项，弹出线性系统的校正界面，电机开始，用虚拟示波器CH1观察系统输出信号。
3.观察OUT从0V节约+2.5V时北侧系统的时域特性，等待一个完整的波形出来后，点击停止，然后移动游标测量其超调量、峰值时间及调节时间。
4.实验时截图如下：
5.由实验结果可知：
超调量Mp=ΔV/2.578*100%=1.445/2.578*%=56.1%
峰值时间tp=Δt=0.330s
2）.未校正系统的频域特性的测试
1.未校正系统的频域特性的测试的模拟电路图如下图所示：
2.实验过程的截图如下：
未校正系统的相频特性曲线
未校正系统的开环幅频特性曲线
3）.串联超前校正后系统的频域特性的测试
1.串联超前校正后系统频域特性测试的模拟电路图如下图所示：
2.实验过程的截图如下：
串联超前校正后系统的开环对数幅频曲线
串联超前校正后系统的开环对数相频频曲线
4）.串联超前校正后系统的时域特性的测试
1.串联超前校正后系统时域特性测试的模拟电路如下图所示：
2.实验过程截图如下:
3.根据上图所得实验数据处理如下：
相角裕度γ'
（设计目标）
测量值
相角裕度γ'
超调量Mp（%）
峰值时间tp
40°
心得体会
经过本次实验，让我更进一步了解了我们所学的自动化专业，它是以自动控制原理为基础的一门学科。
这次实验，是对我们一个学期理论学习的一次实践，使我们加深了对课本的理解，在今后的应用当中能更加得心应手。
总体来说这次实验还是比较顺利的，没有出太多的问题，主要是实验前先认真预习，这样到了实验室自然就能按步就车得根据实验指导书上的内容及实验步骤一步一步往下做了。
这次实验是两人一组共同完成的，所以两个人的分工协作很重要，这也是这次实验完成得顺利的一个主要原因之一。
自动控制原理/计算机控制技术
实验报告
班级：
学号：
姓名：
指导老师：
实验时间：
12月10日周六下午12:
30~20:
30
实验地点：
第二教研楼南楼608自动控制原理实验室
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