南理工機(jī)械院控制工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

.實(shí)驗(yàn)1模擬控制系統(tǒng)在階躍響應(yīng)下的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊勒盏刃Х抡嬖?，利用線性集成運(yùn)算放大器及分立元件組成電子模擬器，以干電池作為輸入信號，研究控制系統(tǒng)的階躍時(shí)間響應(yīng)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容研究一階與二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變，對系統(tǒng)階躍時(shí)間響應(yīng)的影響。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及理論解析一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)電容值1uF，階躍響應(yīng)波形：電容值2.2uF，階躍響應(yīng)波形：教育資料.電容值4.4uF，階躍響應(yīng)波形：一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)表電容值穩(wěn)態(tài)終值U（∞）（V）時(shí)間常數(shù)T(s)c（uF）理論值實(shí)質(zhì)值理論值實(shí)質(zhì)值1.02.872.900.510.502.22.872.901.021.074.42.872.902.242.06元器件實(shí)測參數(shù)Ur=-2.87VRo=505k?R1=500k?R2=496k?其中TR2CUc()(R1/R2)Ur誤差原因解析：①電阻值及電容值測量有誤差；②干電池電壓測量有誤差；③在示波器上讀數(shù)時(shí)產(chǎn)生誤差；④元器件引腳也許面包板老化，以致電阻變大；⑤電池內(nèi)阻的影響輸入電阻大小。⑥在C=4.4uF的實(shí)驗(yàn)中，受硬件限制，讀數(shù)誤差較大。教育資料.二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)阻尼比為0.1，階躍響應(yīng)波形：阻尼比為0.5，階躍響應(yīng)波形：阻尼比為0.7，階躍響應(yīng)波形：d.阻尼比為1.0，階躍響應(yīng)波形：教育資料.二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)表ξwUo(tp)調(diào)整時(shí)間穩(wěn)態(tài)終值超調(diào)（%）震蕩次數(shù)R（?）峰值時(shí)間t（s）（V）t（s）U（V）MNpssp0.1454k0.34.82.82.9562.760.552.9k0.43.30.52.9511.910.724.6k0.43.00.32.922.711.02.97k1.02.981.02.9800四、回答以下問題1.為什么要在二階模擬系統(tǒng)中設(shè)置開關(guān)K1和K2，而且必須同時(shí)動(dòng)作？答：K1的作用是用來產(chǎn)生階躍信號，撤掉輸入信后，K2則是組成了C2的放電回路。當(dāng)K1一旦閉合（有階躍信號輸入），為使C2不被短路所以K2必定斷開，否則系統(tǒng)傳達(dá)函數(shù)不是理論計(jì)算的二階系統(tǒng)。而K1斷開后，此時(shí)要讓C2趕忙放電防范燒壞電路，所以K2要馬上閉合。2.為什么要在二階模擬系統(tǒng)中設(shè)置F3運(yùn)算放大器？答：反相電壓隨從器。保證在不影響輸入和輸出阻抗的情況下將輸出電壓傳遞到輸入端，作為負(fù)反響。教育資料.實(shí)驗(yàn)2模擬控制系統(tǒng)的校正實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)識校正在控制系統(tǒng)中的作用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)串通校正裝置來改進(jìn)系統(tǒng)性能，使其滿足指定的指標(biāo)要求。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及理論解析系統(tǒng)校正前輸出波形：校正前二階系統(tǒng)數(shù)據(jù)表峰值時(shí)間Uo(tp)調(diào)整時(shí)間穩(wěn)態(tài)終值超調(diào)（%）震蕩次數(shù)Ntp（s）（V）ts（s）Us（V）Mp測量數(shù)值0.64.43.62.950.74元器件參數(shù)R1=98.2k?,R2=98.7k?,R3=98.5k?,R4=97.8k?,R5=98.8k?R6=506k?,R7=100k?,R8=234k?,R9=98.8k?理論數(shù)值0.54.63.52.9604教育資料.系統(tǒng)校正后輸出波形：校正后二階系統(tǒng)數(shù)據(jù)表峰值時(shí)間U(t)調(diào)整時(shí)間穩(wěn)態(tài)終值超調(diào)（%）震蕩次數(shù)Noptp（s）（V）ts（s）Us（V）Mp測量數(shù)值0.23.10.32.926.21系統(tǒng)校正后，達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間大大縮短，而且振蕩過程中超調(diào)量也變得很小，總之，系統(tǒng)校正后牢固性大大提高。四、回答以下問題校正前系統(tǒng)的輸出為什么與輸入反相？答：因?yàn)樾Ｕ拜斎胄盘柦?jīng)過了三個(gè)放大器，而且每次都是從放大器負(fù)引腳輸入，所以每經(jīng)過一次信號反相一次，三次此后輸出信號正好與輸入信號反相。也許說，系統(tǒng)的傳達(dá)函數(shù)中還有一個(gè)“－”。2.校正后的系統(tǒng)電模擬線路原理圖中F5的作用是什么？答：反相電壓隨從器。保證在不影響輸入和輸出阻抗的情況下將輸出電壓傳遞到輸入端，作為負(fù)反響。教育資料.實(shí)驗(yàn)3模擬一階系統(tǒng)頻率特點(diǎn)測試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)頻率特點(diǎn)的測試方法，依照所測量的數(shù)據(jù)，繪制一階慣性環(huán)節(jié)的開環(huán)Bode圖，并求取系統(tǒng)的開環(huán)傳達(dá)函數(shù)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用頻域法的理論，有一階系統(tǒng)的開環(huán)頻率特點(diǎn)解析其閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及理論解析頻率特點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄表設(shè)計(jì)頻率值20405060708090100110120150Hz）實(shí)測頻率值20.240.849.959.870.979.690.0100.110.120.150.（Hz）88512292624輸峰-1.881.961.962.002.002.002.002.002.002.002.00入峰值(V)周期49.324.520.116.714.112.511.010.09.608.306.65T60062682輸峰-6.163.643.002.602.202.001.761.601.481.321.08出峰值(V)相移7.204.804.003.503.002.702.402.202.101.901.50頻幅頻3.281.861.531.301.101.000.880.800.740.660.54率特相頻-52.-70.-71.-75.-76.-77.-77.-79.-78.-82.-81.性55614390742元件實(shí)測參數(shù)R1=9.91(K)R2=9.91(K)R3=9.91(K)R4=10.16(K)R6=10.12(K)R7=9.86(K)R8=51.8(K)C1=1.04(F)理幅頻3.151.851.551.311.121.000.890.800.730.670.54論計(jì)相頻-51.-68.-72.-75.-77.-78.-79.-80.-81.-82.-83.算87303699849教育資料.幅頻特點(diǎn)曲線：相頻特點(diǎn)曲線結(jié)果解析依照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別繪制系統(tǒng)的幅頻特點(diǎn)曲線和相頻特點(diǎn)曲線。與理論曲線對比可以發(fā)現(xiàn)：幅頻特點(diǎn)曲線與理論曲線比較湊近，相頻特點(diǎn)曲線與理論曲線有一定誤差。解析誤差原因，有以下幾種可能：①在示波器屏幕上的讀數(shù)精度低，讀數(shù)的誤差較大；②阻容元件不是完好的理想模型，真實(shí)相頻曲線和理論相頻曲線有誤差。③電路中有噪聲攪亂。教育資料.實(shí)驗(yàn)4數(shù)字伺服系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕?jīng)過對計(jì)算機(jī)控制的電液伺服系統(tǒng)、數(shù)字伺服系統(tǒng)（小功率電機(jī)控制系統(tǒng)）的介紹，使學(xué)生認(rèn)識控制理論的工程實(shí)質(zhì)應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容經(jīng)過兩套實(shí)質(zhì)系統(tǒng)