2015自控實驗報告(完整含數(shù)據(jù))(西電自動化專業(yè))

1、自動控制原理實驗報告課程編號： ME3121023專業(yè)自動化班級1304031姓名XXX學號1304XXXXXX實驗時間： 2015 年 12 月一、實驗目的和要求：動腦、理論結合實際的能力,通過自動控制原理實驗牢固地掌握自動控制原理課的基本分析方法和實驗測試手段。 能應用運算放大器建立各種控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，掌握系統(tǒng)校正的常用方法，掌握系統(tǒng)性能指 標同系統(tǒng)結構和參數(shù)之間的基本關系。通過大量實驗，提高動手、提高從事數(shù)據(jù)采集與調試的能力，為構建系統(tǒng)打下堅實的基礎。二、實驗儀器、設備（軟、硬件）及儀器使用說明一套.厶臺18根自動控制實驗系統(tǒng)計算機（已安裝虛擬測量軟件）椎體連接線實驗一線性典型環(huán)節(jié)實

2、驗（一）、實驗目的：了解相似性原理的基本概念。掌握用運算放大器構成各種常用的典型環(huán)節(jié)的方法。掌握各類典型環(huán)節(jié)的輸入和輸出時域關系（時域數(shù)學模型）式，熟悉各典型環(huán)節(jié)的參數(shù)（1、K、T ）。及相應傳遞函數(shù)的表達形學會時域法測量典型環(huán)節(jié)參數(shù)的方法。（二八實驗內容：1、用運算放大器構成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)和比例積分微分環(huán)節(jié)。2、在階躍輸入信號作用下， 記錄各環(huán)節(jié)的輸出波形， 寫出輸入輸出之間的時域數(shù)學關系。3、在運算放大器上實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的參數(shù)變化，觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應曲線，了 解各項電路參數(shù)對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。（三八實驗要求：1、仔細閱讀自動控制實驗裝

3、置布局圖和計算機虛擬測量軟件的使用說明書。2、 做好預習，根據(jù)實驗內容中的原理圖及相應參數(shù)，寫出其傳遞函數(shù)的表達式， 并計算各典型環(huán)節(jié)的時域輸出響應（時域數(shù)學模型）和相應參數(shù)（K、T）。3、分別畫出各典型環(huán)節(jié)的階躍響應理論波形。5、輸入階躍信號，測量各典型環(huán)節(jié)的輸入和輸出波形及相關參數(shù)，并記錄。（四）、實驗原理：實驗原理及實驗設計：1.比例環(huán)節(jié)：R10K10KUoO/輸岀信號LOOKUi EOEOIk R1接入階躍信號圖1-1比例環(huán)節(jié)實驗原理圖傳遞函數(shù)：G（S） Uo（S）KUi（S）比例系數(shù)：K 2R階躍信號輸入，時域輸出響應：U0(t)=2"r(t)Ui-Uo的時域響應理論波形:

4、in圖1-2 比例環(huán)節(jié)單位階躍響應圖2.慣性環(huán)節(jié):lOOKUi LOOKoI I接入階躍信號E+1QK10KUo o輸岀信號圖1-3慣性環(huán)節(jié)實驗原理圖Uo(S)傳遞函數(shù)：G(S)Ui(S)K1 TS比例系數(shù)：K R 1R時常數(shù)：T=RiC=0.1階躍信號輸入，時域輸出響應：Uo(t)=(1-Ui-Uo的時域響應理論波形:3.積分環(huán)節(jié):III lOOE or>I V養(yǎng)入階K信號10E10EJcO/輸岀信號圖1-5積分環(huán)節(jié)實驗原理圖傳遞函數(shù)：G(3) Uo(S)Ui(S)1TS時常數(shù)：T=RiC=0.1階躍信號輸入，時域輸出響應：uo(t)=1ol叫(t)Ui-Uo的時域響應理論波形:(i

5、i2i 7J M at tncuvMif"i-Lj.Ii-ikr=f - 二bCH =rii 1 rF - z z um. a Ni -1i10&nw圖1-6積分環(huán)節(jié)單位階躍響應圖4 比例積分環(huán)節(jié):lOC'Kr-RUi lOOKoI11lOKUo o / 輸出信號+圖1-7比例積分環(huán)節(jié)實驗原理圖傳遞函數(shù)：G(S) Uo(S)Ui(S)K(1?S)接入階躍信號比例系數(shù)：K -R時常數(shù)：T=RC=0.1階躍信號輸入，時域輸出響應:Uo(t)=(1 + 1Ot) T(t)Ui-Uo的時域響應理論波形:1i1亠.J亠亠 L 71. 1亠-J j.F.1”nnwCifFiliL

6、Lrhqs；=,-1 NpLh；:?n-!；i7pv？hrcpM-3r " rpI X =5 IP T 二-7 * 1 pa rra 1 > e.J.Z. . 1. - k .1F 1.亠_.廠 -i丄=-一八L11*05155圖1-8比例積分環(huán)節(jié)單位階躍響應圖5.比例微分環(huán)節(jié):lOOK lOOETTHR310EUi o 接入階躍信號100ER1R410K10E十Uo o / 輸出信號圖1-9比例微分環(huán)節(jié)實驗原理圖Uo(S)傳遞函數(shù)：G(S)蔦K(1 TS)比例系數(shù)：Kd (R2R3)R4R4時常數(shù)：TDKD R3C 0.1階躍信號輸入，時域輸出響應：Uo(t)=2+1.2 6

7、|(t)Ui-Uo的時域響應理論波形:0*-'圖1-10比例微分環(huán)節(jié)單位階躍響應圖6.比例積分微分環(huán)節(jié):傳遞函數(shù)：G(S)Uo(S)Ui(S)Kp比例系數(shù):KpR2R3PR4時常數(shù)：丁!R2R31 d(R4)CR2R3i (R2R3)C10.22KpTiSKp TdS0.06階躍信號輸入，時域輸出響應：Uo(t)(9S +Ui-Uo的時域響應理論波形:圖1-12比例積分微分環(huán)節(jié)單位階躍響應圖（五）實驗方法與步驟1、根據(jù)原理圖構造實驗電路。 測量輸入和輸出波形圖。3、將所測得的數(shù)據(jù)填入實驗數(shù)據(jù)表中。（六八討論與思考1、寫出各典型環(huán)節(jié)的微分方程（建立數(shù)學模型） 。答：比例環(huán)節(jié)%三叫慣性環(huán)節(jié)

8、 at叫+= feu積分環(huán)節(jié)氣叫山2、根據(jù)所描述的各典型環(huán)節(jié)的微分方程， 中的知識設計出相應的系統(tǒng)？請舉例說明, 答：電樞控制的直流伺服電機，微分方程如下dt你能否用電學、力學、熱力學和機械學等學科 并畫出原理圖。li =R I + Ld dcfat=匚Iw/白.曰(町十f 丄flldT3、利用MATLAB仿真，與實驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生的原因。 答：實驗箱中電阻值和電容值得與標準值存在誤差、外界電磁的干擾和信息傳輸時間的 延遲滯后，都使得理論值與實測數(shù)據(jù)與波形存在誤差。（七）、記錄實驗數(shù)據(jù):名稱參數(shù)理論值實測值比 例 環(huán) 節(jié)R =100KR1=50KK = R/R1=2K

9、=Uo / Ui=2.05R=100KR1=100KK = R/R1=1K=Uo / Ui=1.01R =50KR1=100KK = R/R1=0.5K=Uo / Ui=0.49慣性環(huán)節(jié)R=R1=100kC=1ufT=R*C =0.1sT=0.112sC=2uFT=R*C =0.2sT=0.214sC=3uFT=R*C =0.3sT=0.321s積分 環(huán)節(jié)R1=100KC=1uFT=R1*C =0.1sT=0.096sC=2uFT=R1*C =0.2sT=0.214sC=3uFT=R1*C =0.3sT=0.332s比例積 分環(huán)節(jié)R=R1=100KC=1uFT=R*C =0.1sT=0.238

10、sC=2uFT=R*C =0.2sT=0.158s比例微 分環(huán)節(jié)R2=100KR3=100KR4=10KC=1UfK=2T=0.6比例積分 微分環(huán)節(jié)C1=1uF C2= 1uF R2=100K R3=100KR4=10KTi=0.02Td=0.06（八八實測波形:1比例環(huán)節(jié)R=100K R1=50Kp 丿yr-tr173IT-八一' r2慣性環(huán)節(jié)C=1uF飛EfgC=2UfX.OJ站 I世 5 j亡aw ； Yhi.g?詢I r b ._, _”舉-；二：mEiv.Is粋Qrr r . J'." 于f 7.- < 2f;両電V 戈漏3X Jtf S二 _rft

11、w:占忙C=3u Fg 娶 fhj22KBKCaC=1uF4比例積分環(huán)節(jié)C=1u FC=2u F5比例微分環(huán)節(jié)實驗二階系統(tǒng)的性能研究4山（一）、實驗目的： 通過實驗加深理解二階系統(tǒng)的性能指標同系統(tǒng)參數(shù)的關系。（二八實驗內容：1.2.3.4.掌握典型二階系統(tǒng)模擬電路的構成方法及二階閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)標準式。研究二階閉環(huán)系統(tǒng)的結構參數(shù) -無阻尼振蕩頻率 3 n阻尼比E對過渡過程的影響。 掌握欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號輸入時的動態(tài)性能指標Mp、tp、ts的計算。觀察和測量二階閉環(huán)系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼的瞬態(tài)響應曲線，及在階躍信 號輸入時的動態(tài)性能指標 Mp、tp值，并與理論計算值作比對。（

12、三八實驗要求：1、做好預習，根據(jù)實驗原理圖所示相應參數(shù)，寫出系統(tǒng)的開環(huán)，閉環(huán)傳遞函數(shù)。計算n、tr、ts、tp、 %等理論值，并繪制單位階躍信號下的輸出響應理論波形。2、自己設計實驗參數(shù)，分別構成欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)。（四）、實驗原理：實驗原理及實驗設計：輸岀信號圖2-1 二階系統(tǒng)實驗原理圖預習內容：（1）二階系統(tǒng)時域實驗參數(shù)計算：圖2-2二階系統(tǒng)實驗方框圖二階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：G（S）KTiS(TS 1)(2-1)二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)標準式:（性S22 nSnSn2(2-2)自然頻率（無阻尼振蕩頻率）由二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖 要求學生自行設計三種欠阻尼、丄fT廠劌/KT

13、2-1所示。它由積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的構成。臨界阻尼和過阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)，并計算出它們在階躍阻尼比:(2-3)信號輸入時的動態(tài)指標 Mp、tp、tr、ts。（注：要求有設計和計算過程，結果填入數(shù)據(jù)記錄表中） r -P-Pb% =X100% =因戸 X1 uo%I tie-J )o.evaL60.60 Ja 2)1、2、3、圖2-3 二階系統(tǒng)的單位階躍響應圖（理論）（注：將二階系統(tǒng)的欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼畫在同一坐標系中做比較。（五）、實驗方法與步驟根據(jù)原理圖構造實驗電路。測量時域響應波形和數(shù)據(jù)。將所測得的數(shù)據(jù)填入實驗數(shù)據(jù)表中。（六八記錄實驗數(shù)據(jù)：、輸入電阻R參數(shù)70K40K20K10K5K增益

14、K1.432.551020自然頻率3 n（計算值）3.7857.071014.14阻尼比E（計算值）E >1過阻尼E =1.32臨界阻尼E =1欠阻尼E =0.707欠阻尼E =0.5欠阻尼E =0.356超調量%計算值/4.3%16.3%30.2%測量值/6.0%14.9%31.3%上升 時間tr（ms）計算值1.25s0.700s0.417s0.242s0.146s測量值1.22s0.653s0.498s0.252s0150s峰值 時間tp(ms)計算值/0.630s0.36s0.238s測量值/0.642s0.359s0.235s調節(jié)時間ts(ms)計算值/0.600s0.600s

15、0.600s測量值1.809s0.889s0.610s0.567s0.583s(七)、思考與討論：將實驗結果與理論知識作對比，并進行討論。答:此次實驗中不可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況， 因為閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點一直在s左半 平面，滿足勞斯判據(jù)。增加比例微分控制環(huán)節(jié)和速度反饋控制環(huán)節(jié)，減少原系統(tǒng)的 震蕩性和參數(shù)的改變。實驗中的電阻、電容實際值與標稱值之間存在偏差；使得計算結果出現(xiàn)誤差，還有是按條件的變化也會對結果產(chǎn)生影響。(八)、記錄實驗實測波形:1R=70K0(1)上升時間(2)調節(jié)時間EMEBW 1T 哉Wyi I KKgiSgCHl CHZ7=2.007 V2I辱也誨融總鎧m禺;闕Ah aJ=2R=

16、40K(1)上升時間I1. I " AT AJ"U#；H1 CH2mm®: y=2j(j4i V注電圧=百(2)調節(jié)時間濫CHI CP：2U. bhjj J- - - - ILJ L 一 一 一 一 做:FTtjdGFtr;*?ar*K上jrwpuatEH耶比ST比卍Y r 疋 勺"；筑5!片？吃:加'沖也；<也36罰純15沖1卞牌5*1瓷加'55 盛鬧海i渤滋秋a刪圧黑葵*務第瓷磅ja網(wǎng)型帶X沁三蘭拜帶 旳蘭癱粘皆船劇I鋼oai昱爭銘Ti轡當前值：¥=2,007呵 fiim93 :V&T£ ifii r

17、3r>= if更4召gtg運Z好盤工“丄z 仝 山二八 setA 2呻*花:":T 二r.'T -12R=20K(1)超調量和峰值時間IfesrcaHl嬉rI-MLj lyKll E* qfc-TLj llfrf" E » q. ：nU*1 I Vli* nr 4 亠、" I-、WIT-?z11!|B3 " 當芍喳：Y=2.01G VA電莊二 0. 122 7A 時間=0. &12 S'Ll = "F/4w 質；-.打踴 J -UH -. .：->! piuAA *- 1-d :r- ，*n _:;

18、：,：、：鼻- =-沽T見畠、U戯:*： <邛:卩J謨A送曲匚覽恥；：y(2)上升時間a逢性翻時滋分析一:彥:=-. - - r%5=a>當訂1：匸1.99訶八璋1妙I I z_i/ i心屯圧- C. 204 y I盤吋間U 0. G1O 3R=1OK超調量和峰值時間a謹性累翻如ffryHl 'CH2;'；fik.1.-I)* 1 T蘭前電；V=2.MI VL上升時間吐電鏈=,OI.3C6 V Aatl= D. 359 S!-! . 1 ' I > L '- I；'-7 嚴:調節(jié)時間沁亙仰丄皆程込沁丁j. V申麻二R=5K當俞1: &#

19、165;499后 V| ；峰值時間和超調量p f S TJ '； - R-fTJ I * fF.；I 當貳藹：Y=3.O16T： - J I丁 . /' L 二 ；=一，芒“二 “：1上升時間I rrm CH足皇;匹嘉Ab.邊工-尹呵匚'I，-V.'；f蟲電壓=2.020;¥竝時間二0. 150 S調節(jié)時間實驗三系統(tǒng)時域分析實驗（一）、實驗目的：1、掌握典型三階系統(tǒng)模擬電路的構成方法及三階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)表達式。2、 了解和掌握求解高階閉環(huán)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定增益K的多種方法（勞斯穩(wěn)定判據(jù)法、代數(shù)求 解法、根軌跡求解法）。觀察和分析三階系統(tǒng)在階躍信號輸入時，系統(tǒng)

20、的穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定及不穩(wěn)定三種瞬態(tài)響 應。了解和掌握利用MATLAB的開環(huán)根軌跡求解系統(tǒng)的性能指標的方法。掌握利用主導極點的概念，使原三階系統(tǒng)近似為標準二階系統(tǒng)，估算系統(tǒng)的時域特性 指標。（二八實驗內容：1、運用根軌跡法對控制系統(tǒng)進行分析；明確閉環(huán)零、極點的分布和系統(tǒng)階躍響應的定性 關系。2、 用勞斯穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并計算臨界穩(wěn)定增益K。3、 熟練掌握根軌跡作圖法，并確定臨界穩(wěn)定增益K,與計算值做比較。（三八實驗要求：1、做好預習，根據(jù)原理圖所示相應參數(shù)，計算理論值并繪制根軌圖，用試探法確定主導 極點的大致位置。2、用Routh穩(wěn)定判據(jù)，求出系統(tǒng)穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和不穩(wěn)定時的3、畫出輸入輸

21、出的理論波形 （單位階躍信號作用下）。（四）、實驗原理：1、根軌跡：當K由0變化時，閉環(huán)特征根在S平面上移動的軌跡城根軌跡，不僅直觀的表示了 K變化時間閉環(huán)特征根的變化，還給出了參數(shù)時閉環(huán)特征根在S平面上分布的影響。可判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確定系統(tǒng)的品質。穩(wěn)定性：根軌跡若越過虛軸進入s右半平面，與虛軸交點的 k即為臨界增益。穩(wěn)態(tài)性能：根據(jù)坐標原點的根數(shù)，確定系統(tǒng)的型別，同時可以確定對應的靜態(tài)誤差系數(shù)。觀50叫1、2、3、K值范圍和R的取值。ClTVR1EOCElOOK按入階1叩卜： -取信層112ulOK1CZHR-1'All可變電阻y114lOKOOKKZ100K-輪出信號3-1三階Pf

22、環(huán)系統(tǒng)隕祕實驗電匪圖預習內容：（1）三階系統(tǒng)時域實驗參數(shù)計算和根軌跡圖：KiKG(S)TiS(T1S 1)(T2S 1)G(S)K1K三階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù):(4-1)閉環(huán)傳遞函數(shù)（單位反饋）(4-2)三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖（S）1 G（S） TiS 仃2 1）（T2S 1） K1K3-1所示。它由積分環(huán)節(jié)、2個慣性環(huán)節(jié)構成。其積分時間常數(shù)Ti=R1*C1=1秒，慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)分別是:T2=R4*C3=0.5 秒，K2=R4R=500K/R 模擬實驗電路的開環(huán)傳遞函數(shù)為：K時間常數(shù)T1=R3*C2=0.1 秒，K仁R3R2=1，G(S)S(0.1S1)(0.5S1)模擬電路的開環(huán)傳遞函數(shù)代入

23、式(K(S)S(0.1S 1)(0.5S1)_KK0.05S3_0.6S2_S3.1.5)，該電路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：K0.05S30.6S2 S K(4-3)(4-5)K值范圍和R要求學生自行用 Routh穩(wěn)定判據(jù)，求出系統(tǒng)穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和不穩(wěn)定時的 的取值。(注：要求有設計和計算過程，結果填入數(shù)據(jù)記錄表中)1()7G (曲=RsG +2)0 + 10)32閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程，+06s +s + k=0建立勞斯行列表:3S2S0.0510.6 K0.6-0.05K0系統(tǒng)穩(wěn)定:f0£ - 0.05K>00.6K>0解得0<K<12-R>41,7K系 統(tǒng)穩(wěn)定

24、K=12tR=417K臨界穩(wěn)定«> 12->R<41JK 不穩(wěn)定（五八 實驗方法與步驟1、根據(jù)原理圖構造實驗電路。2、測量時域響應波形和相應參數(shù)。3、將所測得的數(shù)據(jù)填入實驗數(shù)據(jù)表中。 （六八記錄實驗數(shù)據(jù)：反 饋反 饋穩(wěn)定（衰減振蕩）（超調量不大于25%）臨界穩(wěn)定（等幅振蕩）不穩(wěn)定（發(fā)散振蕩電電350K40.4K38.8K容容C2C36% =17.35%R=40.4KR=38.8K11.670su2.297s1u3.639s6% =32.65%R=43.8KR=38.8K2u5 =1.969s3.039s7.192s6% =22.49%R=72.0KR=38.8K1u

25、1.627s2.526s2u5.437s16% ='38.8%R=84.8KR=38.8K2u5 =1.969s3.125s9.975s（七）、思考與討論： 將實驗結果與理論知識作對比，并進行討論。在實際中不能無限制的改變系統(tǒng)的零、極點的位置，零點對系統(tǒng)根軌跡有排斥的作用，而極點有吸引的作用，因此要合適的選擇零極點的位置使系統(tǒng)具有良好的平穩(wěn) 性。通過改變零，極點的位置可以讓系統(tǒng)穩(wěn)定，因為若系統(tǒng)極點都在s平面內，系 統(tǒng)穩(wěn)定，所以只要將所有極點移到 s左半平面就可以了。（八）、記錄實驗實測波形:穩(wěn)定C2=1U C1=1U超調量和峰值時間=l"V/ ；：'" r：

26、 -.,7 -<-TFrCHl躍A電壓二 2.347 V A0J ig= l.tSYD S!1EI1Vi當 irn： v=-i.ra Vd IP1尺必1- J*. - -£zr . rt_b調節(jié)時間C2=1u C3=2u超調量和峰值時間上升時間調整時間rr：-TTFS 飛Hl CH2t 192 S£ 4,131彥F W沁-.：冷3心:時|屈存二4¥£：±£?仕封冒1匸喬7P7%iT7=尸百 FfrjdV 匚.J T_ W 壬Wf/LMi-T =屮31 W：竊口二二 hJftiTr"廠waWlf：吃*； t T-. -

27、' f-IC?EW匚庠0 廣q 電J±= 0-238 V A時閭二C2=2Uc3=1U超調量和峰值時間上升時間-評r r>.1h11h11 r s * R?!亠 TP'*j*,T ' 1 ' 1 *v*©'" IL*' 0/ rni F i1i"'H h111h1r D1rh1L._ -:df 7 7 ?i '/.JW/訂(7p111h11rm. w>5j 砂:：TP-.-:蟲電壓二 2.449 V &時間=1.627 Sn上丄調節(jié)時間C2=2u C3=2u調節(jié)時間臨界I

28、!黑舉WI« '.旬ft ；電壓=0. 532 V A時間；?.3T5 S1 1 11 11 11 11 1 p1 k1 1 11 -1 11 1 11 k1 11 1炸zZVVY .LlZI pj IIl.b_Z.A諄 hv LZXZM7.11 -1 =1 11 I1 11 1 '1 11 1 1IP 1 h1 1 1；:;1 1 11 1A 電壓二 0.633 VA時間=0. 300 SC2=2u C3=1uA電壓=0.633 V A時間=0.300 S審 n丄 亠 n厶r!fs）需swu!益富TKisssj律r航云:.薩著.；丁匸齊:rm石右w皆NS 7Sf&#

29、163;SbIA電壓二0.612 V時間=0. 300 SC2=2u C1=2uC2巴UC3巴u丄二丁/-J. .J口. _也電還=X 020 V 左時屁=6.421 S:RTUO'F ,f _ -*-；F r ii"TITr' 'i"/ i * .- -«<>< - = ;-耳t?-叢電壓=3. 020 V時I匪 6.431 S.f實驗四 二階系統(tǒng)的性能頻域研究（一）、實驗目的：1、通過實驗加深理解二階系統(tǒng)的性能指標同系統(tǒng)參數(shù)的關系。2、掌握系統(tǒng)頻率特性測試方法。3、研究二階系統(tǒng)頻率特性與系統(tǒng)動態(tài)性能之間的關系。（二八實

30、驗內容：1、二階系統(tǒng)的頻域動態(tài)性能研究；2、熟練掌握線性系統(tǒng)頻率特性的基本概念。3、掌握波德圖、乃奎斯特圖的構造及繪制方法。（三八實驗要求：1、自己設計實驗參數(shù)。2、根據(jù)原理圖所示相應參數(shù)，計算理論值Mp、3 P、3 B等理論值，并繪制對數(shù)幅頻、對數(shù)相頻和幅相特性圖.（四）、實驗原理：頻域分析法是應用頻率特性研究線性系統(tǒng)的一種經(jīng)典方法。它以控制系統(tǒng)的頻率特性作為數(shù)學模型，以波德圖或其他圖表作為分析工具，來研究和分析控制系統(tǒng)的動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。波德圖又稱對數(shù)頻率特性曲線（包括對數(shù)幅頻和相頻兩條曲線），由于方便實用，因此被廣 泛地應用于控制系統(tǒng)分析時的作圖。對數(shù)頻率特性曲線的橫坐標統(tǒng)一為角頻率3

31、，并按十倍頻程（dec）對數(shù)分度，單位是弧單位是度度/秒rad/s。對數(shù)幅頻特性曲線的縱坐標表示對數(shù)幅頻特性的函數(shù)值，為均勻分度，單位是分 貝dB。對數(shù)相頻特性曲線的縱坐標表示相頻特性的函數(shù)值，為均勻分度，實驗原理及實驗設計：1茗M嚴 M （）=£ 咖?）叫（五）實驗方法與步驟1、根據(jù)原理圖構造實驗電路。2、測量頻域伯德圖和奈奎斯特圖。3、將所測得的數(shù)據(jù)填入實驗數(shù)據(jù)表中。（六）、記錄實驗數(shù)據(jù)：入電阻R參數(shù)40K5K增益K25自然頻率3 n（計算值）5阻尼比E（計算值）臨界阻尼E =1欠阻尼E =0.354諧振峰值MP計算值/1.51db測量值/3.48db諧振 頻率3 P計算值/12

32、.24rad/s測量值/12.00rad/s截止頻率3 c計算值/13.96rad/s測量值16.00rad/s帶寬B計算值3.16rad/s19.97rad/s測量值3.00rad/s19.12rad/s轉折頻率w計算值5rad/s14.14rad/s測量值4.65rad/s14.50rad/s虛軸交點計算值/測量值-0.47-1.31（七）、思考與討論：將實驗結果與理論知識作對比，并進行討論。通過自己親自動手實驗，進一步理解了二階系統(tǒng)的性能指標同系統(tǒng)參數(shù)的關系，雖然剛開始的 時候比較難以理解，至y最后得到圖形和數(shù)據(jù)時對書上的公式得到驗證。（八）、記錄實驗實測圖形:R=40K帶寬I T円C

33、I n I亠1(a-2 3= 3,00 radA. L-296 dB?1*12ra込-2*即血諧振:._» t -I1 UI- J.I L»II J-i - _- -_ 可U;, 訃 Er1| ,：.0.00srxaWiT I 苗 舌;K?好iL轉折頻率虛軸交點*L冊 乂:" 費芝匸 牯m 占3 I上I7I;sE 4A sh.E北i'4 5r0 ui'5o.z:甲 F-O.S-o.e-0 i IDo.z：l LJ .s:5 1J-0.2!f r:丿, 1* 1 _ JRe-0.00,Im=-0,47|12 i1 11怙H4i TWiqiT I工.貢

34、;訂瓷二迅F4 &： * R=5K諧振峰值和諧振頻率截止頻率睨円亠 Tnx I'S I斗4 a11'滬111F111!111fi|L一J11=11f2 Dnk叫L3|Ld=16.00 radA. L=0.47 del!: 2)1J宀？511fAE :丄 ri ITTIn3kM '15.,3briad/ wFl ril0. 00(fTTjiffPrSSFTT田iiT r1，皆振頻專hi*r*fi 1drta*ic lA IIl.otr。iradZsWrt*R M -a ii'i III'*&* AmTSTFO轉折頻率實驗五校正實驗超前校正1

35、 J1L 5 -R " -= -2 01 0-4 0-3.0-2 0-1 0廣oTo*“ 0 a 12.03.0L flD r-Art r1 nil1ViVUi3£ :l1-< J（一）、實驗目的:1、掌握系統(tǒng)校正的基本方法及原理。2、深入理解開環(huán)零、極點對閉環(huán)系統(tǒng)性能的影響關系。3、加深理解串聯(lián)校正的特點，學會正確選擇校正裝置。（二八實驗內容：1了解和掌握超前校正的原理。2 .了解和掌握利用閉環(huán)和開環(huán)的對數(shù)幅頻特性和相頻特性完成超前校正網(wǎng)絡的參數(shù)的計 算。3. 掌握在被控系統(tǒng)中如何串入超前校正網(wǎng)絡，構建一個性能滿足指標要求的新系統(tǒng)的方 法。（三八實驗要求：1、做好預

36、習，根據(jù)實驗原理圖所示相應參數(shù)，寫出系統(tǒng)的開環(huán)，閉環(huán)傳遞函數(shù)。計算開環(huán)對數(shù)幅頻特性L（）和相頻特性（），幅值穿越頻率3 C,相位裕度Y,按“校正后系統(tǒng)的相位裕度丫”要求，設計校正參數(shù)，構建校正后系統(tǒng)。Mp、峰2. 觀測校正前、后的時域特性曲線，並測量校正后系統(tǒng)的相位裕度丫、超調量 值時間tP。3. 改變“校正后系統(tǒng)的相位裕度丫”要求，設計校正參數(shù)，構建校正后系統(tǒng)，畫出其系統(tǒng)模擬電路圖和階躍響應曲線，觀測校正后相位裕度丫、超調量Mp、峰值時間tP填入實驗報告。（四）、實驗原理：變?yōu)?20超前校正的原理是利用超前校正網(wǎng)絡的相角超前特性，使中頻段斜率由-40dB/decdB /dec并占據(jù)較大的頻率

37、范圍，從而使系統(tǒng)相角裕度增大，動態(tài)過程超調量下降；并使系統(tǒng) 開環(huán)截止頻率增大，從而使閉環(huán)系統(tǒng)帶寬也增大，響應速度也加快。超前校正網(wǎng)絡的電路圖及 伯德圖見圖3-3-1。R4CSRb5-1超前校正網(wǎng)絡的電路圖及伯德圖超前校正網(wǎng)絡傳遞函數(shù)為:1Gc(S)-a1 aTS1 TS(5-1)網(wǎng)絡的參數(shù)為：a RR4R5R4R5C(5-2)在設計超前校正網(wǎng)絡時，應使網(wǎng)絡的最大超前相位角 值穿越頻率3 C處，即3 m=« c'。m盡可能出現(xiàn)在校正后的系統(tǒng)的幅網(wǎng)絡的最大超前相位角為:a -1arcs ina 1(5-3)10lga1T鳥從式（3-3-1）可知，接入超前校正網(wǎng)絡后被校正系統(tǒng)的開環(huán)增益要下降a倍，持與系統(tǒng)未校正前的開環(huán)增益相一致，接入超前校正網(wǎng)絡后，必須另行提高系統(tǒng)的開環(huán)增益 倍來補償。m處的對數(shù)幅頻值為:網(wǎng)絡的最大超前角頻率為:Lc(m)(5-4)(5-5)因此為了保超前校正網(wǎng)絡的設計:積分環(huán)節(jié):T = RC, = Q2sJI I慣性環(huán)節(jié):T = R2C2 = 0.3sK=R2R3=6開環(huán)IM = 20lg |lGjw)| = 20130- 20lgl0 - ZOIgJj. + 0.9崢?令 L(w)=0I2則 - 20gw