自控試驗(yàn)報(bào)告

1、諼南國/C羞大呼NANJING AGRICULTURAL UNIVERSITY實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊課程名稱：自動控制原理指導(dǎo)老師：丁永前班 級：1620 17學(xué)年南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院教務(wù)處印:函南女總凄大考工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告I實(shí)驗(yàn)?zāi)夸? 實(shí)驗(yàn)一：典型環(huán)節(jié)的模擬實(shí)驗(yàn)i實(shí)驗(yàn)二：典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析 i實(shí)驗(yàn)三：控制系統(tǒng)的頻率特性 :實(shí)驗(yàn)四：系統(tǒng)校正道）南女總凄大考工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告j實(shí)驗(yàn)名稱：典型環(huán)節(jié)的模擬實(shí)驗(yàn):一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過模擬實(shí)驗(yàn)電路，結(jié)合理論知識感性認(rèn)識各基本環(huán)節(jié)在典型信號下的響:應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)初步了解實(shí)驗(yàn)裝置的性能和結(jié)構(gòu)，學(xué)會布線、設(shè)計(jì)和組合單元，學(xué)g會軟件的操作。 ;二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本知識:準(zhǔn)備：使

2、運(yùn)放處于工作狀態(tài).；將信號源單元（UiS0的ST端（插針）與+5V端（插針）用“短路塊”:短接，使模擬電路中的場效應(yīng)管（3 D J 6 ）夾斷，這時運(yùn)放處于工作狀態(tài).:階躍信號的產(chǎn)生：g電路可采用圖1 -1所示電路.它由“單脈沖單元” （U0 sp）及“電位器:單元（U 14 P）組成.U14?圖 11;具體線路形成：在U 13 SP單元中，將H 1與十5V插針用“短路決”短接，:H2插針用排線接至U4 P單元的X插針；在U4 P單元中，將：Z插針和GND雨針用“短路塊”短接，最后由插座的Y端輸出:信號.:以后實(shí)驗(yàn)若再用到階躍信號時，方法同上.不再贅述。;三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：I （1）觀測比例

3、、積分、比例積分、比例微分和慣性環(huán)節(jié)的階成響應(yīng)曲線。:（2）觀測P I D環(huán)節(jié)的響應(yīng)| （3）根據(jù)實(shí)際搭建的模擬電路圖的參數(shù)，求解各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，在：Simulink中進(jìn)行仿真，給出理論的響應(yīng)曲線，并與實(shí)際響應(yīng)曲線進(jìn)行對比分析。;四、寫出各典型環(huán)節(jié)在階躍信號作用下的輸出響應(yīng)表達(dá)式（用參數(shù)表示）1 1、比例環(huán)節(jié)：Uo/Ui=K(曲南女惠裝文理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告：2、積分環(huán)節(jié)：Uo/Ui=K/S :3、慣性環(huán)節(jié)：Uo/Ui=K/(TS+1)”、比例積分環(huán)節(jié)：Uo/Ui=K+1/TS ：5、比例微分環(huán)節(jié)：Uo/Ui=K(1+TS)：6、比例積分微分環(huán)節(jié)：Uo/Ui= Kp+TdS+1/TiS四、畫

4、出各典型環(huán)節(jié)實(shí)際響應(yīng)曲線圖和理論響應(yīng)(仿真)圖比例環(huán)節(jié)： B，慣性環(huán)節(jié):;比例積分環(huán)節(jié):涉南女總凄大理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告;比例微分環(huán)節(jié):E比例積分微分環(huán)節(jié):實(shí)驗(yàn)名稱：典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)參數(shù)及框圖修南玄惠裝大理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告:(1)典型二階系統(tǒng)：典型二階系統(tǒng)的方塊圖及傳遞函數(shù); 圖2 1是典型二階系統(tǒng)原理方塊圖，其中T0=1 S, Ti=0.1S 7圖241伊C1開環(huán)傳遞函數(shù):閉環(huán)傳遞函數(shù):KG(S) =,TS(T1S 1)W(S)=22S 2 -nS ，n其中耿1=K/T0相也為開環(huán)用益02O0K$00氏其中- n=p/KiTin:圖中開環(huán)傳遞函數(shù)：G(S) =Ki100/ R=,

5、S(0.1S 1)S(0.1S 1)K1 =100/R10K1苴中. 匚=八2K1n = . 10K1(2)典型三階系統(tǒng) 典型三階系統(tǒng)的方塊圖：見圖23開環(huán)傳遞函數(shù)為:G(S)H(S)=S(T1s 1)(T2S 1)其中K=KK/T0(開環(huán)增益)510/R開環(huán)傳遞函數(shù)為G(S)H(S) =,其中 K=510/R談南女惠凄大考工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告圖23S(0.1S 1)(0.51S 1)i三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟:采用階躍信號為信號源(參見實(shí)驗(yàn)一的描述)。(1)典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測試按圖2 2接線.R =1 0 Kog用示波器觀察系統(tǒng)階躍響應(yīng)C(t),測量并記錄超調(diào)量Mp,峰值時間tp,;和調(diào)節(jié)時間

6、ts.記錄表2中(表中已給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果參考數(shù)據(jù)，請自己重；新觀測記錄和計(jì)算)。:分別按R =20K; 4 0k; 100K 改變系的統(tǒng)開環(huán)增益，觀察相應(yīng)的階躍響應(yīng)C(t),測量并記錄性能指標(biāo)Mp,tp ,和ts,及系統(tǒng)的穩(wěn)定住。;并將測量值和計(jì)算值(實(shí)驗(yàn)前必須按公式計(jì)算出)進(jìn)行比較。：(2)典型三階系統(tǒng)的性能;四、當(dāng)二階系統(tǒng)R =2 0 K ; 4 0k; 1 0 0 K時，填寫下表BR值 (KQ)U-0響應(yīng)曲線至斗南女總凄大考工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告0.7071:五、對實(shí)驗(yàn)中的三階系統(tǒng)采用勞斯判據(jù)確定系統(tǒng)穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和不穩(wěn)定時的Rj值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際數(shù)據(jù)填寫下表。20401.58100R(KQ)K

7、穩(wěn)定性輸出波形壯1001穩(wěn)定r 14.11 /-|V*1小115005穩(wěn)定111-1 131111JT01* 1PI J V VJiII- -*i主場南女惠凄大考工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：控制系統(tǒng)的頻率特性、測系統(tǒng)的方塊圖及原理i圖 3-1; 系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的頻率特性 G燈)是一個復(fù)變量可以表示成以角頻率 ；為參數(shù)的幅值和相角：G(js) = G(js)/G(js):本實(shí)驗(yàn)用頻率特性測試儀測量系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的頻率特性。圖所示系統(tǒng)的開:環(huán)頻率特性為：-B(j ) B(j )G1(j )G2(j )H(j )=| 卜 |/ 長E(j ) E(j ):將頻率特性測試儀內(nèi)信號發(fā)生器產(chǎn)生的超低頻正弦信號的頻率

8、從低到高變;化，并施加于被測系統(tǒng)的輸入端r (t)。然后分別測量相應(yīng)的反饋信號b (t) g和誤差信號e(t)的對數(shù)幅值和相位。頻率特性測試儀測試數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)器運(yùn)算后:在顯示器中顯示。;分別計(jì)算出各個頻率下的開環(huán)對數(shù)幅值和相位，在半對數(shù)座標(biāo)紙上作:出實(shí)驗(yàn)曲線：開環(huán)對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線.;根據(jù)實(shí)驗(yàn)開環(huán)對數(shù)用幅頻曲線畫出開環(huán)對數(shù)幅頻曲線的漸近線，再根據(jù)漸:近線的斜率和轉(zhuǎn)角頻確定頻率特性(或傳遞函數(shù))。所確定的頻率特性(或傳遞爸)南女惠凄大考工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告字函數(shù))的正確性可以由測量的相頻曲線來檢驗(yàn)， 對最小相位系統(tǒng)而言，實(shí)際測量;所得的相頻曲線必須與由確定的頻率特性 (或傳遞函數(shù))所畫出的理論相頻曲

9、線;在一定程度上相符。如果測量所得的相位在高頻(相當(dāng)轉(zhuǎn)角頻率)時不等于一 900 g x(q-p)式中p和q分別表示傳遞函數(shù)分母和分子的階次,那么，頻率特性(或 專遞函數(shù))必定是一個非最小相位系統(tǒng)的頻率特性。250 K圖3-2、被測系統(tǒng)的模擬電路圖luTr所的例:正比意其，注要節(jié)測輸、在C 別為 t分即 J出 C輸 一點(diǎn)的 點(diǎn)出節(jié)(t)由于倒相器的隹用八輸出均為負(fù)值芍，_ (t)、，( t)之后用接一組 1/1的比例環(huán) 、e ( t )的正輸出。:四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟; 在此實(shí)驗(yàn)中，我們利用A CS(統(tǒng)中的U 1 0 DAO元將提供頻率和幅值均:可調(diào)的基準(zhǔn)正弦信號源作為被測對象的輸人信號。而AC

10、繇統(tǒng)中測量單元的I CH1通道用來觀測被測環(huán)節(jié)的輸出，選擇不同角頻及幅值的正弦信號源作為:對象的輸人，可測得相應(yīng)環(huán)節(jié)的輸出，并在PC機(jī)屏幕上顯示，我們可以根據(jù);所測得的數(shù)據(jù)正確描述對象的幅頻和相頻特性圖。勢；：五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量與記錄輸入R(t)的 疝頻率(rad/s)誤堯仁號e(t)反饋?zhàn)刑朾(t)開環(huán)特性幅值 (V)對數(shù) 幅值 201g相位(。)幅 值 (V)對數(shù) 幅值 20lg相 位 (。)對 數(shù) 幅 值 20lg相位(。)10.2-14-201.74.6110418.6124101.21.58-766.7-3.10160-4.6 8236簌南女總凄大考工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1001.85.1

11、05-1450.1-20230-25.13752001.895.53-1730.01-40257-45.3430六、作出系統(tǒng)的頻率特，性圖（Bodeffl）:實(shí)驗(yàn)繪制Bodeffl實(shí)驗(yàn)名稱：系統(tǒng)校正形)g J- 2。 |嚴(yán)Iy s(0 5S+d4圖4-1未校正前系統(tǒng)的方塊圖則有閉環(huán)傳函數(shù)：；石 = 60%:40切 n = 6.32W W(S) = = 4 尸 =(t = 4s:S2 + 2S+40=0.158.+、口工:靜態(tài)誤差系數(shù)Kv = 20(1/s)、原系統(tǒng)及校正前的模擬電路圖(圖4-2)南女惠凄大理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告=圖4-2未校正系統(tǒng)的模擬電路圖;四、串聯(lián)校正裝置設(shè)計(jì)要求二 % 25%使

12、系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)：ts 1sKv _20(1/s);五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟i 準(zhǔn)備：將“信號源單元” (U1SG的ST研+和+5V勺插針用“短路塊”短接!(1)測量未校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)!(2)理論設(shè)計(jì)串聯(lián)校正單元，在Matlab的Simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真，使各項(xiàng):參數(shù)達(dá)到性能要求。：(3)設(shè)計(jì)校正單元的模擬電路，實(shí)測校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo):六、寫出串聯(lián)校正單元的設(shè)計(jì)過程，并畫出校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及相關(guān)的性 能指標(biāo):(1)根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)性能的要求，設(shè)計(jì)一個超前校正裝置其傳遞函數(shù)為： Gc(s)二：0.05S + 1:(2)校正后系統(tǒng)Kv=20, Mp=0.25, ts=1s,校正后系統(tǒng)方塊圖如下：管南玄總凄大考工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告:(3)由圖可知，