北航自控实验报告_段毓

1、 北 京 航 空 航 天 大 学自动控制原理实验报告学 院 宇航学院 专业方向 航天推进 班 级 121516 学 号 12151171 学生姓名 段毓 指导教师 自动控制与测试教学实验中心自动控制原理实验报告实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验时间 10.30 实验编号 33 同组同学 无 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， 观测并记录不同时间常数T时的跃响应曲线，测定其过渡过程时间Ts。2.建立二阶系统的电子模型，

2、观测并记录不同阻尼比时的跃响应曲线，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= C(s)R(s)= KTs+1模拟运算电路如图1-1所示：图1-1由图1-1得：Uo(s)Ui(s)= R2R1R2Cs + 1= KTs + 1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。记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。（取±5%误差带）2二阶系统:其传递函数为：s C(s)R(s)= n2s2+ 2ns + n2令n=1 rad/s，则系统结构如图1-所示：图1-2根据结

3、构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-所示：图1-3取R2C1= 1 ，R3C2=1，则R4R3= R4C2= 12 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%（取±5%误差带） ,计算过渡过程时间Ts。四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。 2.PC 机一台。3.数字式万用表一块。4.导线若干。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. 断开电源，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.

4、将D1/A与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端Uo连接。线路接好后，经教师检查后再通电。 4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线。5. 观察实验结果，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、实验结果1.一阶系统T0.250.51R2/k2505001000C/F111ts实测值/s0.751.513.01ts理论值/s0.751.503.00T = 0.25:T = 0.5:T = 1.0:2.二阶系统0.250.51.0R4/k20010050C2/F101010%实测45.99%17.92%0.06%理论44.43%16.30%0ts实测值/s14.

5、17.13.36ts理论值/s1473.5 T = 0.25 T = 0.5七、结果分析实验图线与理论图线基本符合，公式得到验证。实验数据结果与理论数据有一些出入，原因在于选择电阻时没有合适的阻值，就直接用510千欧电阻代替500欧，或者用电位计，阻值上的误差是实验数据误差的主要来源。另外储能元件放电不够充分也有可能引起误差。八、收获、体会及建议通过这次实验，将书本上知识与现象结合起来，生动形象。实验二 频率响应测试实验时间 实验编号 33 同组同学 无 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1. 测定给

6、定环节的频率特性。 2. 系统模拟电路图如下图：图2-13. 系统传递函数为： 取R=200K，则 GS=200S2+10S+200 取R=100K，则 GS=100S2+10S+500若正弦输入信号为Ui(t)=A1Sin(t),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f=2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。设有两个正弦信号: X(t)=XmSin(t)

7、， 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称为的“李萨如图形”。3.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时成立四、实验设备1. 画出系统模拟运算电路图，标出电阻、电容的取值。 2. 画出K=2和K=5两种情况下的自动方式、示波器方式和李萨育图形。3. 填写实验数据表格。4. 用测量的实验数据分别

8、计算出两种系统的传递函数的参数，并确定系统的传递函数。5. 分析实验数据，就理论值与实测值的差异进行分析，说明误差产生的原因。五、实验步骤1. 画出系统模拟运算电路图，标出电阻、电容的取值。 2. 画出K=2和K=5两种情况下的自动方式、示波器方式和李萨育图形。3. 填写实验数据表格。4. 用测量的实验数据分别计算出两种系统的传递函数的参数，并确定系统的传递函数。5. 分析实验数据，就理论值与实测值的差异进行分析，说明误差产生的原因。六、实验结果1.1234678910Ym/Yo2/2.11.93/2.1160.9078/2.0770.4635/2.1740.07/2.10.03/2.090.

9、02/2.070.01/2.0370.01/2.02Ac/Ar2/2.0052/2.182/2.282/2.182/2.172/2.162/2.12/2.082/22.24681012141618Ym/Yo0.996/0.1101.084/0.2251.177/0.4151.270/0.6671.458/1.0521.567/1.4551.55/1.5411.47/1.4621.223/1.042Ac/Ar0.9961.0841.1771.271.4581.5671.551.471.223七、结果分析 k=1时=90°时，=10rads-1=n理论值GS=100S2+10S+100

10、k=2时=90°时，=14rads-1=n理论值GS=200S2+10S+200八、收获、体会及建议 本实验研究了不同传递函数的频率响应，并通过李沙育图像求得了响应相对于输入的滞后角，进而由实验数据确定了系统的传递函数。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1. 系统结构如图所示：图3-1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来实现。2. 系统模拟电路图如图：其中R1=R

11、3=R4=R5=R6=100K，R2=400K，C1=C2=10F3. 未加校正时GCs=14、加串联超前校正时GCs=aTS+1TS+1 ，a>1给定a=2.44，T=0.26，则GCs=0.63S+10.26S+15、加串联滞后校正时GCs=bTS+1TS+1 ，b<1给定a=0.12，T=83.33，则GCs=10S+183.33S+1四、实验数据1. 响应曲线及波特图 （1）原系统 图3-2 原系统的阶跃响应曲线（2）超前校正系统 图3-3 超前校正后系统的阶跃响应曲线（3）滞后校正系统图3-4 滞后校正后系统的阶跃响应曲线控制系统串联校正研究校正 标调节时间(s)超调量(%