北航自动控制原理实验报告_含数据

1、.自 动 控 制 原 理实 验 报 告 册班级： 学号： 姓名： 2010年1月2日 目 录 实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试3实验二 频率响应测试8实验三 控制系统串联校正18实验一 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、 了解一、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、 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。3、 学习阶跃响应的测试方法。二、 实验内容1、 建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的阶跃响应曲线，并测定其过渡过程时间Ts。2、 建立二阶系统的电子模型，观测并记录在不同阻尼比时的阶跃响应曲线，并测定其

2、超调量及过渡过程时间。三、实验原理1一阶系统： 系统传递函数为：(s)= 模拟运算电路如图1- 1所示：图 1- 1由图 1-1得 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1 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： 图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示： 图1-3取R2C1=1 ，R3C2 =1，则 及 取不同的值=0.25 , =0.5 , =1实验电路图：一阶：二阶：四、 实验数据表根据实验要求选取的参数如下：一阶T0.250.51R2510K510K1MC0.471M1Ts

3、实测0.71901.57903.0900Ts理论0.751.53二阶0.250.51R42M1M470KC2111实测40.1460 16.14080理论44.434416.30340Ts 实测10.8790 5.4380 4.8780 Ts 理论1474.75五、 实验结果图注：时间轴单位：t/10ms，下面实验同。依次取=0.25、0.5、1.0一阶： 二阶：六、数据分析实验数据结果与理论数据间存在差异，主要原因在于用510千欧电阻代替500欧电阻，其他原因包括模拟程序中各元件的实际物理值与理论之间存在差异，实际运行中会有互相之间的干扰，外界的干扰、储能元件放电不完全等，导致了最终实际模拟

4、结果与理论之间有一定差异。七、实验总结本次实验过程中表现出来的主要问题是对实验仪器的不了解、对Matlab软件的生疏、与对电器元件及导线的预测量的缺失，导致耽误了很长时间，直到第三次实验时才补做完。所得数据与理论数据间的差异在误差范围内，可以接受。实验二 频率响应测试一、 实验目的1. 掌握频率特性的测试原理及方法。 2. 学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。 二、 实验内容3. 测定给定环节的频率特性。 4. 系统模拟电路图及系统结构图分别如图2-1及图2-2。5. 系统传递函数为： 取R=200K，则 取R=500K，则 若正弦输入信号为Ui(t)=A1Sin(t),

5、则当输出达到稳态时，其输出信号为Uo(t)=A2Sin(t+)。改变输入信号频率 值，便可测得二组A1/A2和随f(或)变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。 三、 实验原理1. 幅频特性即测量输入与输出信号幅值A1及A2，然后计算其比值A2/A1。 2. 实验采用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。以下简单介绍一下这种测试方法的原理。 设有两个正弦信号: X(t)=XmSin(t) Y(t)=YmSin(t+) 若以X(t)为横轴，Y(t)为纵轴，而以作为参变量，则随着 t的变化，X(t)和Y(t)所确定的点的轨迹，将在X-Y平面上描绘出一条封闭的曲线。这个图形就是物理学上成

6、称为的“李萨如图形”。. 相位差角的求法: 对于X(t)=XmSin(t)及Y(t)= YmSin(t)当t=0时，有 X(0)=0 ；Y(0)=Ym Sin()即=ArcSin（Y(0)/ Ym）, 0/2时成立。实验电路图：四、 实验数据表K=2123456789f0.9551.2731.5922.0692.2282.3873.1833.9794.775w6810Ac/Ar1.135 1.229 1.318 1.303 1.223 1.139 0.759 0.539 0.392 Ym/Y02.381 1.658 1.260 1.008 1.002 1.039 1.689 3.365 5.7

7、64 /()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 w4681Ac/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 2.246 2.710 1.426 1.131 1.008 /()25.35 37.0910.62 14.30 26.44 21.66 44.54 62.14 8

8、2.86 五、 实验结果图(按w递增排序)K=2K=5六、计算系统传递函数K=2拟合的幅频曲线：（三阶拟合）Am=1.317; wm= 12.4rad/sK=5拟合的幅频曲线：（二阶拟合）Am=2.127; wm= 21.66rad/s七、数据分析实验结果较为理想，与理论值差距不大，但实验过程中感觉到系统稳定性较差，很容易受外界干扰，曾经做到一半时突然系统图像变形，导致后来只得重新接线测量。实验中吸取了上次的教训，接线前对原件导线都做了预先检测，节省了部分时间。八、实验总结本次实验就操作方面而言比上一次要好，主要原因是对实验器具的相对熟悉，与注意了接线之前对各部件的预先检测，因此避免了一些不必

9、要的时间浪费。实验三 控制系统串联校正一、 实验目的1、了解和掌握串联校正的分析和设计方法。 2、研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。二、 实验内容1、设计串联超前校正，并验证。 2. 设计串联滞后校正，并验证。 三、 实验原理其中Gc(s)为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。 3.未加校正时， 。4.加串联超前校正时，给定，则。5加串联滞后校正时，给定，则。四、 实验数据依图线，得系统截止频率Wc、（相位）稳定裕度Pm：1.未加校正 Wc=1.49rad/sec Pm=-56.22.加超前校正 Wc=2.38rad/sec Pm=47.43.加滞后校正 Wc=0.449rad/sec Pm=54.8实验电路图：五、实验结果图1. 2.3.六、数据分析实验结果与理论值之间存在一定差异，但在允许误差范围内。从实验数据中可以得出：添加合适的超前串联校正环节可以使系统的截止频率增大，稳定裕度增加，从而使系统的快速性与稳定性得到改善，但其对高频响应部分的影响会使系统容易受到高频干扰信号干扰，有一定的负面；添加合适的滞后串联校正环节可以使系统的稳定裕度增加，并且增强了系统对高频干扰的抵抗性，但其会使系统的截止频率降低，从而对系统的快速性造成一定负面影响。七、实验总结 本实验步骤较简单、操作比较容易，加之实验经验的增长，使得