自控原理实验报告模电气126李伟锋13号剖析.docx

1、自控原理实验报告模电气126李伟锋13号剖析广东技术师范学院天河学院自动控制原理实验报告实验报告系 别： 电气工程系 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 李伟锋 学 号： 2012010143613 指导教师： 钟立华 成 绩： 2014年12月实验一 一阶系统及其阶跃响应2实验二 二阶系统阶跃响应 7 实验三 用频率法分析系统的稳态性能10 实验一 一阶系统阶跃响应（验证性）系： 专业： 电气工程以及自动化 年级： 姓名： 学号： 组： 实验时间： 指导教师签字： 成绩： 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.学习由惯性环节构成的一阶系统及其阶跃响

2、应测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节传递函数的方法。二、实验内容建立一阶系统的模拟电路，观察并且记录在不同时间常数T时的阶跃响应曲线，并测定其过渡过程时间，即调节时间ts。三、实验原理1、一阶系统传递函数如图1-1。图1-12、一阶系统模拟电路图如图1-2。图1-23、由模拟电路推导传递函数令输入信号为Ur(s) 输出信号为Uc(s)根据模电中虚短和虚断的概念列出公式： 整理得 进一步简化可以得到 如果令R2/R1=K，R2C=T，则系统的传递函数可写成下面的形式： 当输入r(t)为单位阶跃函数时 ，r(t)=1(t)则有输入Ur(s)=1/s输出Uc(s)=G(s)Ur(s)= 由拉

3、氏反变换可得到单位阶跃响应如下：理论值ts=3T四、实验步骤1. 打开自动控制原理实验仿真软件，设置实验参数。2. 点击软件界面中“课题设置”中“惯性环节阶跃响应仿真实验”一项。3. 设置输入信号ur(t)=2.0V，取不同的电容值C,电阻R2。参数设置完成后，点击“确定”后开始实验。4. 系统软件自动弹出一个窗口，上面记录了系统的各项参数图和阶跃响应曲线图，将其图形保存。5.测量各组过渡过程时间即调节时间ts。五、实验数据实验中，R1=100k，输入信号ur(t)=2.0V,取不同的T，T=0.25秒,T=0.707秒,T=1秒。将参数及指标和阶跃响应曲线图记录在表1内。表1ur(t)=2.

4、0VT0.250.7071R1100100100R2100150 200C123ts实测值0.30.9 1.8ts理论值 0.752.1213 阶跃响应曲线波形图1波形图2波形图3 波形图1波形图2波形图3六、实验结果比较分析1、一阶系统的阶跃响应没有振荡的单调上升曲线，没有超调量。2、ts实测值与理论比较，没有误差。七、实验心得通过这次实验，我对一阶系统的理论知识有了深刻的了解，知道不同参数,ts也会不同,同时主动思考的能力得到了提高。 实验二 二阶系统阶跃响应（验证性）系： 专业： 年级： 姓名： 学号： 组： 实验时间： 指导教师签字： 成绩： 一、实验目的研究二阶系统的两个重要参数阻尼

5、比和无阻尼自然频率对系统动态性能的影响。二、实验内容1.用模拟电路搭接一个二阶系统，系统结构参数如下：图2-1二阶系统模拟电路图2.改变系统结构参数（即模拟系统中的R），观察不同R值对系统动态性能有何影响。记录三种典型动态响应特性曲线（过阻尼、欠阻尼、临界阻尼）及相应的R值。3.改变比例环节的Rf观察对系统有何影响。4.改变惯性环节的C2观察对系统有何影响。5.对实验结果进行分析，并作出结论。三、实验原理1、二阶系统传递函数如图2-2。图2-2二阶系统结构图2、由模拟电路推导传递函数。 开环传递函数： = 其中： K1=R2/(R+R2)=100k/(R+100k),T0=R1C1=100k1

6、uF=0.1秒T1=R2C2=100k1uF=0.1秒 闭环传递函数：3、二阶系统阶跃响应 在 01时，系统为过阻尼情况，无超调量。四、实验步骤1. 打开自动控制原理实验仿真软件，设置实验参数。2. 点击软件界面中“课题设置”中“二阶系统阶跃响应软件仿真”一项。3. 设置输入信号ur(t)=3.0V，设置可变电阻R的数值，可得不同的，=0.25,=0.5,=1，参数设置完成后，点击“确定”后开始实验。4. 系统软件自动弹出一个窗口，上面记录了系统的各项参数图和阶跃响应曲线图，将其图形保存。5. 观察并测量超调量%，计算过渡过程时间ts。五、实验数据1、将理论计算值填入表2。2、将实验中记录的数

7、据和阶跃响应曲线图，测量超调量%，计算过渡过程时间ts填入表2。表2ur(t)=3.0V0.513.5R(k) 100200 300%实测值(图测)6%00%理论值(公式计算)4%00ts实测值(图测)111ts理论值(公式计算)0.60.590.6阶跃响应曲线波形图1波形图2波形图3波形图1波形图2波形图3六、实验结果比较分析1、=0.5阶跃响应波形图正弦衰减振荡曲线，是欠阻尼系统。=0.5时，超调量%理论值和计算值比较，xxxx。2、=0.707阶跃响应波形图也是正弦衰减振荡曲线，是欠阻尼系统。=0.707时，超调量%理论值和计算值比较，xxxx。3、=1阶跃响应波形图xxxx曲线，是什么

8、阻尼系统。=1时，超调量%理论值和计算值比较，xxxx。4、最大，超调量%xxx（如何变化？）七、实验心得通过这次实验，我了解了二阶系统的特征参数，阻尼比 和无阻尼自然频率 n对系统动态性能的影响。进一步学习了实验系统的使用方法，并能根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。实际值和理论值存在着一定的差异，可能是系统内部的能量损耗导致的，在以后的自动控制实践中是需要我们考虑的。实验的过程也是我们学习和锻炼动手能力的过程，我相信以后的实验我会越来越熟练。 实验三 用频率法分析系统的稳态性能系： 专业： 年级： 姓名： 学号： 组： 实验时间： 指导教师签字： 成绩： 一、实验目的1、掌握系统频率特性指标

9、的概念意义及测量方法。2、研究系统开环增益对系统稳态性能的影响。3、研究截止频率c值和相位裕度随着K的变化的情况，学会测量对应的截止频率c和相位裕度值。二、实验内容1、测量系统频率特性指标的概念意义及。2、研究系统开环增益对系统稳态性能的影响。3、研究截止频率c值和相位裕度随着K的变化的情况，学会测量对三、实验原理1.系统模拟电路图示于图3-1 图3-1模拟电路图2.系统结构图为：图3-2 模拟电路系统结构图 其开环传递函数为： 3.频率特性定义为系统或环节输出与输入信号的幅值之比。图3-3 系统方框图 输入正弦波信号 输出是同频率的正弦波 频率特性的图形表示方法有奈氏图和伯德图。用频率法复习

10、系统的稳态性能时，通常是在伯德图的开环对数幅频特性图上，求得系统的类型和开环放大系数值。该系统为型系统。 型系统对数幅频特性是斜率为 -20dB/dec 的低频渐近线或其延长线，系统在=1时的分贝值由开环放大系数K的值决定。因为20lgK-20lg=0，20lgK=20lg,所以K=图3-4 典型型系统对数幅频特性图四、实验步骤6. 打开自动控制原理实验仿真软件。7. 点击软件界面中“课题设置”中“频率特性实验软件仿真”一项。将可变电阻R2数值到某一电阻值（如0K）。8. 参数设置完成后，点击“开始”键后开始实验。9. 系统软件自动弹出一个窗口，上面记录了系统的各项频率特性参数和伯德图，将其图

11、形保存。五、实验数据1.改变可变电阻的阻值，取三个不同阻值参照上述实验步骤进行实验。2.记录系统的实验数据、开环伯德图，记录c与(c)。3.根据频率特性曲线，求系统的开环放大系数。表3K=10K1103060R(k)0160240c实测值(图测)7.86215.94215.942c理论值(公式计算)7.96515.86415.932(c)实测值(图测)51.82732.09932.099(c)理论值(公式计算)51.62932.08232.093波形图1波形图2波形图3波形图1波形图2波形图3六、实验结果比较分析1、K=10，该型系统的对数幅频特性图是斜率为 -20dB/dec 的低频渐近线，测量其延长线与频率轴的交点c=10。测量其转折频率=8，其在=1时的分贝值L()=20dB,2、理论值和计算值比较。七、实验心得通过这次实验，我对对数幅频特性图的理论知识有了一定的了些，发现了这实验中有一定的问题。