自动控制原理实验报告优质文档Word格式文档下载.docx

1、（2）传递函数：（3）阶跃响应： 其中 （4）模拟电路图：（5）理想与实际阶跃响应对照曲线： 取R0 = 200K；R1 = 100K。 取R0 = 200K；R1 = 200K。2积分环节 （I）（4）模拟电路图（5） 理想与实际阶跃响应曲线对照：C = 1uF。C = 2uF。3比例积分环节 （PI）（1）方框图：（5）理想与实际阶跃响应曲线对照：取 R0 = R1 = 200K； 理想阶跃响应曲线 实测阶跃响应曲线 取 R0=R1=200K；C=2uF。4惯性环节 （T）（1） 方框图（2） 传递函数：。（3） 模拟电路图（4） 阶跃响应：，其中； 取R0=R1=200K；C=1uF。

2、取R0=R1=200K；5.比例微分环节 （PD）（3） 阶跃响应：（4） 模拟电路图 取R0 = R2 = 100K，R3 = 10K，C = 1uF； 取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。6.比例积分微分环节 （PID）取 R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；取 R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；四、实验步骤及结果波形1.按所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。2.将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设置了锁零场效

3、应管，所以运放具有锁零功能。将开关分别设在“方波”档和“500ms12s”档，调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。3.将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出U0端，观测输出端的实际响应曲线U0（t），记录实验波形及结果。4.改变几组参数，重新观测结果。5.用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分微分环节的模拟电路图。观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形的结果。6.各典型环节不同参数下的阶跃响应曲线的实验结果：1.比例环节 取R0=

4、200K；R1=100K。 取R0=200K；2.积分环节3.比例积分环节 取R0=R1=200K； 取R0=R1=200K；4.惯性环节5.比例微分环节 取R0=R2=200K，R3=10K，C=1uF，R1=100K。 取R0=R2=200K，R3=10K，C=1uF，R1=200K。6.比例积分微分环节 取R2=R3=200K，R0=10K，C1=C2=1uF，R1=100K。 取R2=R3=200K，R0=10K，C1=C2=1uF，R1=200K 典型二阶系统的时域分析 实验二 典型二阶系统的时域特性1研究二阶系统的特征参量 （、n） 对过渡过程的影响。2研究二阶对象的三种阻尼比下的

5、响应曲线及系统的稳定性。3熟悉 Routh 判据，用 Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。 PC 机一台，TD-ACC+（或 TD-ACS）教学实验系统一套。三、实验内容1.典型的二阶系统稳定性分析（1）结构框图（2）对应的模拟电路图（3）理论分析 系统开环传递函数为： ；开环增益。（4）实验内容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。， 系统闭环传递函数为：其中自然振荡角频率：阻尼比：2.典型的三阶系统稳定性分析（2）模拟电路图系统的开环传函为: （其中），系统的特征方程为:实验前由 Routh

6、判断得 Routh 行列式为： 为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有 得： 0 K 41.7K 系统稳定K = 12 R = 41.7K 系统临界稳定K R 41.7K 系统不稳定四、实验步骤及波形 1.将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均 设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频 电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为 1V，周期为 10s 左右。 2.典型二阶系统瞬态性能指标的测试 （1）按模拟电路图 1.2-2 接线，将 1 中的方波信号接至输入端，取 R = 10K。 （2）用示波器观察系统响

7、应曲线 C（t），测量并记录超调 MP、峰值时间 tp 和调节时间 tS。 （3）分别按 R = 50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线 C（t），测量并记录性能指标 MP、tp 和 tS，及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较 （实验前必须按公式计算出）。将实验结果填入表 1.2-1 中。参数项目R （K）KnC（tp）（）Mp （%）tp（s）ts（s）响应 情 况理 论 值 测量 值测 量 值测量值0过阻尼200 2.24 1.12 2.9 4.844系统响应曲线如下： 欠阻尼 R=10K 欠阻尼R=50 K临界阻尼R=160 K 过阻尼R=200 K3.典型三阶

8、系统的性能（1）按图 1.2-4 接线，将 1 中的方波信号接至输入端，取 R = 30K。（2）观察系统的响应曲线，并记录波形。（3）减小开环增益 （R = 41.7K；100K），观察响应曲线，并将实验结果填入表 1.2-3 中。R（K）开环增益 K稳定性30167不稳定发散41 .712临界稳定等幅振荡1005稳定衰减收敛不同开环增益下的的响应曲线： K=16.7（R=30 K） K=12（R=41.7 K） K=5（R=100 K） 控制系统的稳定性和稳态误差 实验三 控制系统的稳定性和稳态误差1学会利用MATLAB对控制系统的稳定性进行分析；2学会利用MATLAB计算系统的稳态误差。

9、安装Windows系统和MATLAB软件的计算机一台。1.利用MATLAB描述系统数学模型如果系统的的数学模型可用如下的传递函数表示则在MATLAB下，传递函数可以方便的由其分子和分母多项式系数所构成的两个向量惟一确定出来。即num=b0,b1 , bm; den=1,a1,a2 ,an例2-1 若系统的传递函数为试利用MATLAB表示。解 对于以上系统的传递函数，可以将其用下列MATLAB命令表示num=4;den=1,3,2,5;printsys（num,den）结果显示：num/den = 4 - s3 + 3 s2 + 2 s+5当传递函数的分子或分母由若干个多项式乘积表示时，它可由M

10、ATLAB 提供的多项式乘法运算函数conv（ ）来处理，以获得分子和分母多项式向量，此函数的调用格式为 p=conv（p1,p2）其中，p1和p2分别为由两个多项式系数构成的向量，而p为p1和p2多项式的乘积多项式系数向量。conv（ ）函数的调用是允许多级嵌套的。例2-2 若系统的传递函数为试利用MATLAB求出其用分子和分母多项式表示的传递函数。解： 对于以上系统的传递函数，可以将其用下列MATLAB命令表示num=4*1,6,6;den=conv（1,0,conv（1 1,1,3,2,5）; 4 s2 + 24 s + 24 - s5 + 4 s4 + 5 s3 + 7 s2 + 5 s2利用MA