北航自動控制原理實驗報告-含數(shù)據

1、 .wd. .wd. .wd.自 動 控 制 原 理實 驗 報 告 冊班級：學號：姓名：2010年1月2日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc249866021實驗一 一、二階系統(tǒng)的電子模擬及時域響應的動態(tài)測試 PAGEREF _Toc249866021 h 3HYPERLINK l _Toc249866022實驗二 頻率響應測試8HYPERLINK l _Toc249866023實驗三 控制系統(tǒng)串聯(lián)校正18實驗一 一、二階系統(tǒng)的電子模擬及時域響應的動態(tài)測試實驗目的了解一、二階系統(tǒng)階躍響應及其性能指標與系統(tǒng)參數(shù)之間的關系。學習在電子模擬機上建設典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模

2、型的方法。學習階躍響應的測試方法。實驗內容建設一階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同時間常數(shù)T時的階躍響應曲線，并測定其過渡過程時間Ts。建設二階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同阻尼比時的階躍響應曲線，并測定其超調量及過渡過程時間。三、實驗原理1一階系統(tǒng)：系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：(s)=模擬運算電路如圖1- 1所示：圖 1- 1由圖 1-1得在實驗當中始終取R2= R1，那么K=1，T= R2C取不同的時間常數(shù)T分別為： 0.25、 0.5、1 2二階系統(tǒng):其傳遞函數(shù)為：令n=1弧度/秒，那么系統(tǒng)構造如圖1-2所示：圖1-2根據構造圖，建設的二階系統(tǒng)模擬線路如圖1-3所示：圖1-3取R2C1=1 ，R3

3、C2 =1，那么及取不同的值=0.25 , =0.5 , =1實驗電路圖：一階：二階：實驗數(shù)據表根據實驗要求選取的參數(shù)如下：一階T0.250.51R2510K510K1MC0.471M1Ts實測0.71901.57903.0900Ts理論0.751.53二階0.250.51R42M1M470KC2111實測40.1460 16.14080理論44.434416.30340Ts 實測10.8790 5.4380 4.8780 Ts 理論1474.75實驗結果圖注：時間軸單位：t/10ms，下面實驗同。依次取=0.25、0.5、1.0一階：二階：六、數(shù)據分析實驗數(shù)據結果與理論數(shù)據間存在差異，主要原

4、因在于用510千歐電阻代替500歐電阻，其他原因包括模擬程序中各元件的實際物理值與理論之間存在差異，實際運行中會有互相之間的干擾，外界的干擾、儲能元件放電不完全等，導致了最終實際模擬結果與理論之間有一定差異。七、實驗總結本次實驗過程中表現(xiàn)出來的主要問題是對實驗儀器的不了解、對Matlab軟件的生疏、與對電器元件及導線的預測量的缺失，導致耽誤了很長時間，直到第三次實驗時才補做完。所得數(shù)據與理論數(shù)據間的差異在誤差范圍內，可以承受。實驗二頻率響應測試實驗目的掌握頻率特性的測試原理及方法。學習根據所測定出的系統(tǒng)的頻率特性，確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法。實驗內容測定給定環(huán)節(jié)的頻率特性。系統(tǒng)模擬電路圖及系統(tǒng)構造

5、圖分別如圖2-1及圖2-2。系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：取R=200K，那么取R=500K，那么假設正弦輸入信號為Ui(t)=A1Sin(t),那么當輸出到達穩(wěn)態(tài)時，其輸出信號為Uo(t)=A2Sin(t+)。改變輸入信號頻率值，便可測得二組A1/A2和隨f(或)變化的數(shù)值，這個變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。實驗原理1. 幅頻特性即測量輸入與輸出信號幅值A1及A2，然后計算其比值A2/A1。2. 實驗采用“李沙育圖形法進展相頻特性的測試。以下簡單介紹一下這種測試方法的原理。設有兩個正弦信號: X(t)=XmSin(t) Y(t)=YmSin(t+) 假設以X(t)為橫軸，Y(t)為縱軸，而以作為參

6、變量，那么隨著t的變化，X(t)和Y(t)所確定的點的軌跡，將在X-Y平面上描繪出一條封閉的曲線。這個圖形就是物理學上成稱為的“李薩如圖形。. 相位差角的求法: 對于X(t)=XmSin(t)及Y(t)= YmSin(t)當t=0時，有 X(0)=0 ；Y(0)=Ym Sin()即=ArcSinY(0)/ Ym, 0/2時成立。實驗電路圖：實驗數(shù)據表K=2123456789f0.9551.2731.5922.0692.2282.3873.1833.9794.775w6810131415202530Ac/Ar1.135 1.229 1.318 1.303 1.223 1.139 0.759 0.

7、539 0.392 Ym/Y02.381 1.658 1.260 1.008 1.002 1.039 1.689 3.365 5.764 /()25.35 37.0952.53 82.93 86.02 74.32 36.30 17.29 9.99 K=5123456789f0.637 0.955 1.273 1.592 2.228 2.546 2.865 3.183 3.501 w468101416182022Ac/Ar0.909 0.928 1.073 1.135 1.383 1.581 1.787 2.007 2.128 Ym/Y010.397 7.084 5.425 4.049 2.24

8、6 2.710 1.426 1.131 1.008 /()25.35 37.0910.62 14.30 26.44 21.66 44.54 62.14 82.86 實驗結果圖(按w遞增排序)K=2K=5六、計算系統(tǒng)傳遞函數(shù)K=2擬合的幅頻曲線：三階擬合Am=1.317;wm= 12.4rad/sK=5擬合的幅頻曲線：二階擬合Am=2.127;wm= 21.66rad/s七、數(shù)據分析實驗結果較為理想，與理論值差距不大，但實驗過程中感覺到系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，很容易受外界干擾，曾經做到一半時突然系統(tǒng)圖像變形，導致后來只得重新接線測量。實驗中吸取了上次的教訓，接線前對原件導線都做了預先檢測，節(jié)省了局部時間

9、。八、實驗總結本次實驗就操作方面而言比上一次要好，主要原因是對實驗器具的相對熟悉，與注意了接線之前對各部件的預先檢測，因此防止了一些不必要的時間浪費。實驗三控制系統(tǒng)串聯(lián)校正實驗目的1、了解和掌握串聯(lián)校正的分析和設計方法。2、研究串聯(lián)校正環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。實驗內容1、設計串聯(lián)超前校正，并驗證。2. 設計串聯(lián)滯后校正，并驗證。實驗原理其中Gc(s)為校正環(huán)節(jié)，可放置在系統(tǒng)模型中來實現(xiàn)，也可使用模擬電路的方式由模擬機實現(xiàn)。3.未加校正時， 。4.加串聯(lián)超前校正時，給定，那么。5加串聯(lián)滯后校正時，給定，那么。實驗數(shù)據依圖線，得系統(tǒng)截止頻率Wc、相位穩(wěn)定裕度Pm：1.未加校正 Wc=1.

10、49rad/sec Pm=-56.22.加超前校正 Wc=2.38rad/sec Pm=47.43.加滯后校正 Wc=0.449rad/sec Pm=54.8實驗電路圖：五、實驗結果圖六、數(shù)據分析實驗結果與理論值之間存在一定差異，但在允許誤差范圍內。從實驗數(shù)據中可以得出：添加適宜的超前串聯(lián)校正環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)的截止頻率增大，穩(wěn)定裕度增加，從而使系統(tǒng)的快速性與穩(wěn)定性得到改善，但其對高頻響應局部的影響會使系統(tǒng)容易受到高頻干擾信號干擾，有一定的負面；添加適宜的滯后串聯(lián)校正環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度增加，并且增強了系統(tǒng)對高頻干擾的抵抗性，但其會使系統(tǒng)的截止頻率降低，從而對系統(tǒng)的快速性造成一定負面影響。七、實驗總結本實驗步驟較簡單、操作對比容易，加之實驗經歷的增長