自动控制实验一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试.doc

自 动 控 制 原 理实 验 报 告 册 班级： 学号： 姓名： 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的 1. 解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2. 习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3. 习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比时的跃响应曲线,并测定其超调量%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1、一阶系统系统传递函数为：s=CsRs=KTS+1模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1 由图 1-1得 U0Uis=R2R1R2CS+1=KTS+1实验当中始终取R2=R1,则K=1，T=R2C，去不同的时间常数T分别为0.25、0.5、1，记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录其过渡过程时间Ts，2、二阶系统 其传递函数为令n=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：取R2C1=1 ，R3C2 =1，则R4R3=R4C2=12以及 =12R4C2取不同的值=0.25 , =0.5 , =1 ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量% ,计算过渡过程时间Ts四、实验参数设定 1、一阶系统取R2=R1分别为0.25k、0.5k、1k。C=1 F2、二阶系统取R1=100k，R2=R3=1M，C2=C1=1 F五、实验步骤 1、熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。 2.按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。 3将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。线路接好后，经教师检查后再通电。 4在Windows XP桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。 5在系统菜单中选择实验项目，选择“实验一”，在窗口左侧选择“实验模型”，其它步骤察看3.2节内容。 6观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。 六、实验图形一阶系统1、T=0.252、T=0. 53、T=1二阶系统1、 =0.252、 =0.53、 =0.84、 =1七、实验数据一阶系统T0.250.51R2250K500K1MC1f1f1fTs实测1.232.153.51Ts理论0.751.53二阶系统0.250.50.81.0R42M1M625K500KC21f1f1f1f实测43.4316.581.320.51理论44.4316.301.520Ts实测13.815.713.865.28Ts理论1474.3754.75说明：1. 01，为欠阻尼二阶系统。超调量理论计算公式，实际计算公式。采用近似公式计算调节时间, (此系统中1rad/s)。2. 1时，为临界阻尼二阶系统。调节时间(此系统中1rad/s)，超调量。八、误差分析1. 对一阶系统阶跃响应实验，比较Ts实测与Ts理论，除了T=0.5以外，两者差异不大,。一阶系统的阶跃响应应没有超调量，而T=0.5时出现，可能是由仪器精度引起的测量误差。但是总体来说系统的稳定性能很好。2. 对二阶系统阶跃响应实验，%理论值与实际值相接近，Ts理论值与实际值相差不大，一方面因为理论计算公式本为估算；另一方面则可能由仪器精度引起测量误差。3. 搭建运放构成的模拟电路时，没有配置合适的补偿电阻，可能导致电路产生了一定的零点漂移以致结果不准确。应在每个运放的正极性接口插入与负极性接口相配的电阻。4. 做实验时，电阻由万用表测得，可能不够准确。八、实验结论调节时间Ts表示系统过渡过程持续的时间，是系统快速性的一个指标；超调量%反映系统响应过程的平稳性。1.对一阶系统，调节时间Ts随时间常数的增加而增加，无超调量。说明：a)一阶系统的快速性随时间常数增大而降低；b)一阶系统平稳性好，准确度较低。2.对二阶系统，调节时间Ts先随阻尼比的增大而减小，对5%公差带，0