成都理工大学自控实验---袁礼3201206050506

1、本科生实验报告实验课程 自动控制原理 学院名称 核技术与自动化工程学院 专业名称 电气工程及其自动化 学生姓名 袁礼 学生学号 3201206050506 指导教师 阳小燕 实验地点 6C901 实验成绩 二一五年五月 二一五年六月自动控制原理实验实验一：典型环节的模拟研究一、实验目的1、了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式；2、观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。二、实验内容及步骤1、观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。2、改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃

2、响应曲线，观测结果，填入实验报告。3、运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。1)观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数： ； 单位阶跃响应： 三、实验数据及其分析 R0=50k R1=100K Ui=2V图像R0=50k R1=200K Ui=1V图像实验报告要求：按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报

3、告。R0R1输入Ui比例系数K计算值测量值200K100K4V0.50.4973200K4V10.995450K100K2V21.9899200K1V44.00232)观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-2所示。图3-1-2 典型惯性环节模拟电路传递函数： 单位阶跃响应：实验数据：R0=200k R1=200K C=1u Ui=4V图像R0=50k R1=200K C=1u Ui=1V图像实验报告要求：按下表改变图3-1-2所示的被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入实验报告。R0R1C输入Ui比例系数K惯性常数T计算值测量值计算值测量值200K200K1u4V10.

4、9430.20.18250K100K1u2V21.9520.10.115200K1V43.930.20.2113)观察积分环节的阶跃响应曲线典型积分环节模拟电路如图3-1-3所示。图3-1-3 典型积分环节模拟电路传递函数： 单位阶跃响应：实验截图：R0=200k C=1u Ui=1V图像R0=200k C=2u Ui=1V图像R0=100k C=1u Ui=1V图像.R0=100k C=2u Ui=1V图像实验报告要求：按下表改变图3-1-3所示的被测系统时间常数，观测结果，填入实验报告。R0C输入Ui积分常数Ti计算值测量值200K1u1V0.20.2102u0.40.385100K1u0

5、.10.1022u0.20.2024)观察比例积分环节的阶跃响应曲线典型比例积分环节模拟电路如图3-1-4所示.。图3-1-4 典型比例积分环节模拟电路传递函数：单位阶跃响应：实验截图：R0=200k R1=200K C=1u Ui=1V图像.R0=100k R1=200K C=1u Ui=1V图像实验报告要求：按下表改变图3-1-4所示的被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入实验报告。R0R1C输入Ui比例系数K积分常数Ti计算值测量值计算值测量值200K200K1u1V11.00.20.20100K1u21.990.20.215)观察比例微分环节的阶跃响应曲线典型比例微分环节模拟电路如

6、图3-1-5所示。图3-1-5 典型比例微分环节模拟电路.实验截图：6)观察PID（比例积分微分）环节的响应曲线PID（比例积分微分）环节模拟电路如图3-1-6所示。图3-1-6PID（比例积分微分）环节模拟电路实验截图：实验二：二阶系统瞬态响应和稳定性一、实验目的1. 了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及型二阶闭环系统的传递函数标准式。2. 研究型二阶闭环系统的结构参数-无阻尼振荡频率n、阻尼比对过渡过程的影响。3. 掌握欠阻尼型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts的计算。4. 观察和分析型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的

7、动态性能指标Mp、tp值，并与理论计算值作比对。二、实验内容及步骤1型二阶闭环系统模拟电路见图3-1-7，观察阻尼比对该系统的过渡过程的影响。改变A3单元中输入电阻R来调整系统的开环增益K，从而改变系统的结构参数。2改变被测系统的各项电路参数，计算和测量被测对象的临界阻尼的增益K，填入实验报告。3改变被测系统的各项电路参数，计算和测量被测对象的超调量Mp，峰值时间tp，填入实验报告，並画出阶跃响应曲线。图3-1-7 型二阶闭环系统模拟电路三、实验数据及其分析实验截图：R=4KR=40KR=70K四、实验报告要求 计算和观察被测对象的临界阻尼的增益K，填入实验报告。积分常数Ti惯性常数T增益K计

8、算值10.12.50.21.250.35/60.50.11.250.20.5实验三：频率特性测试一、实验目的1了解线性系统频率特性的基本概念。2了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）的构造及绘制方法。二、实验内容及步骤1、被测系统是一阶惯性的模拟电路图见图3-2-1，观测被测系统的幅频特性和相频特性，填入实验报告，並在对数座标纸上画出幅频特性和相频特性曲线。2、本实验将正弦波发生器（B4）单元的正弦波加于被测系统的输入端，用虚拟示波器观测被测系统的幅频特性和相频特性，了解各种正弦波输入频率的被测系统的幅频特性和相频特性。图3-2-1 被测系统的模拟电路图三、实验数据及其分析0.5HZ1.0

9、HZ1.6HZ3.2HZ4.5HZ6.4HZ8.0HZ9.6HZ12.5HZ16HZ20HZ四、实验报告要求观测幅频特性和相频特性，填入实验报告。並画出幅频特性、相频特性曲线。输入频率Hz幅频特性相频特性计算值测量值计算值测量值0.52.0354.204.268.3412.0714.164.268.341.62.1314.144.268.343.22.1484.0014.307.854.52.1293.7544.267.466.42.1293.3754.346.7684.2186.2104.386.289.62.0912.7924.225.5912.52.1282.3824.264.76162

10、.1281.9784.143.93202.0901.744.303.31实验四：一阶惯性环节的频率特性曲线一、实验目的1了解和掌握一阶惯性环节的对数幅频特性和相频特性，实频特性和虚频特性的计算。2了解和掌握一阶惯性环节的转折频率的计算，及惯性时间常数对转折频率的影响3了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。二、实验内容及步骤1了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。2惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-2，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及频率特性曲线，並计算和测量其转折频率，填入实验报

11、告。图3-2-2 惯性环节的频率特性测试电路三、实验数据及其分析实验截图：0.1hz组幅频特性曲线0.1hz组相频特性曲线0.1hz组幅相特性曲线0.2hz组幅频特性曲线0.2hz组相频特性曲线0.2HZ组幅相特性曲线0.3HZ组幅频特性曲线0.3HZ组相频特性曲线0.3hz组幅相特性曲线四、实验报告要求在报告空白处填上转折频率（=45）测量值和计算值。惯性时间常数 T转折频率实测值计算值0.110.4100.25.350.33.63.33实验五： 频域法串联超前校正一、实验目的1了解和掌握超前校正的原理。2了解和掌握利用闭环和开环的对数幅频特性和相频特性完成超前校正网络的参数的计算。3掌握在

12、被控系统中如何串入超前校正网络，构建一个性能满足指标要求的新系统的方法。 二、实验内容及步骤1观测被控系统的开环对数幅频特性和相频特性，幅值穿越频率c，相位裕度，按“校正后系统的相位裕度”要求,设计校正参数，构建校正后系统。2观测校正前、后的时域特性曲线，並测量校正后系统的相位裕度、超调量Mp、峰值时间tP。3改变 “校正后系统的相位裕度”要求,设计校正参数，构建校正后系统，画出其系统模拟电路图和阶跃响应曲线，观测校正后相位裕度、超调量Mp、峰值时间tP填入实验报告。1）未校正系统的时域特性的测试未校正系统模拟电路图见图3-3-1。本实验将函数发生器（B5）单元作为信号发生器， OUT输出施加

13、于被测系统的输入端Ui，观察OUT从0V阶跃+2.5V时被测系统的时域特性。图3-3-1 未校正系统模拟电路图三、实验数据及其分析未校正系统的时域特性曲线：2）未校正系统的频域特性的测试图3-3-2 未校正系统频域特性测试的模拟电路图实验截图：未校正系统的相频特性曲线：未校正系统开环幅频特性曲线：在未校正系统模拟电路的相频特性曲线上可测得未校正系统频域特性：穿越频率c= 9.4 rad/s， 相位裕度=18.9 3）超前校正网络的设计 在未校正系统模拟电路的开环相频特性曲线（图3-3-3）上测得未校正系统的相位裕度=18.9。 如果设计要求校正后系统的相位裕度=52，则网络的最大超前相位角必须

14、为： ，。其中为考虑到时，所需減的角度，一般取510。 据式 3-3-3 可计算出网络的参数： 据式 3-3-4 可计算出网络的最大超前相位角处的对数幅频值为： 在系统开环幅频特性曲线（图3-3-4）上，可测得时的角频率=14.4 rad/s ，该角频率应是网络的最大超前角频率，这亦是串联超前校正后系统的零分贝频率。 据式 3-3-5可计算出计算串联超前校正网络参数：， 据式 3-3-2 令 C=1u， 计算出：R4=155K， R5=38.7K超前校正网络传递函数为： （3-3-7）为了补偿接入超前校正网络后，被校正系统的开环增益要下降a倍，必须另行提高系统的开环增益增益a倍。因为a=5，所

15、以校正后系统另行串入开环增益应等于5的运放A5。 4）串联超前校正后系统的频域特性的测试图3-3-5 串联超前校正后系统频域特性测试的模拟电路图图3-3-5串联超前校正后系统的传递函数为：实验截图：串联超前校正后系统的开环对数幅频曲线：串联超前校正后系统的开环对数相频曲线：在串联超前校正后的相频特性曲线上可测得串联超前校正后系统的频域特性： 穿越频率c= 14.45 rad/s， 相位裕度=54.5 5）串联超前校正系统的时域特性的测试图3-3-10 串联超前校正后系统时域特性测试的模拟电路图实验数据:学生实验 心得1、在做实验前，一定要将课本上的知识吃透，因为这是做实验的基础，否则，在老师讲解时就会听不懂，这将使我们在做实验时的难度加大，浪费做实验的宝贵时间。做实验时一定要亲力亲为，务必要将每个步骤，每个细节弄清楚，弄明白。实验后，还要复习，思考，这样，印象才深刻，记得才牢固，否则，过后不久就会忘得一干二净。2、在这次实验中，我学到很多东西，加强了我的动手能力，并且培养了我的独立思考能力。特别是在做实