自动控制理论实验报告三四 北交大

1、电气工程学院 自动控制理论 实验报告 自动控制原理 实验成绩评定表姓 名 杨立琦学 号10291060 实验名称： 二阶系统的频率响应 实验验收或提问记录：成绩评定依据：实验预习报告及方案设计情况（30）：实验考勤情况（15）：实验操作情况（30）：实验总结报告与答辩情况（25）：最终评定成绩：指导教师签字： 年 月 日 二阶系统频率响应实验报告姓名：杨立琦 学号：10291060 指导教师：杨立琦 实验台号： 1、 实验目的二阶系统的频率响应 学习频率特性的实验测试方法； 掌握根据频率响应实验结果绘制Bode图的方法； 根据实验结果所绘制的Bode图,分析二阶系统的主要动态性能（）。控制系统

2、的校正 研究校正装置对系统动态性能指标的影响； 学习校正装置的设计和实现方法。2、 实验预习 自行设计二阶系统电路； 选择好必要的参数值，计算出相应的频率响应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。三、实验仪器与设备计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表4、 实验内容1、 实验目的 学习频率特性的实验测试方法； 掌握根据频率响应实验结果绘制Bode图的方法； 根据实验结果所绘制的Bode图,分析二阶系统的主要动态性能（ ）。二、实验预习 自行设计二阶系统电路。 选择好必要的参数值，计算出相应的频率响应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。三、实验

3、仪器与设备计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。四、实验内容典型二阶系统的方框图和模拟电路图如图1-26所示。图1-26 典型二阶系统闭环频率特性为：闭环传递函数为：，（T是时间常数）各运算放大器运算功能：OP1，积分，；OP2，积分，；OP9，反相，（-1）；OP6，反相比例，。可以得到：五、实验步骤 选定R、C、的值，使，； 用Cae98产生，使系统的稳态响应为； 改变输入信号的频率，使的值等于或接近于0.2，0.4，0.6，0.8，0.9，1.0，1.2，1.4，1.6，2.0，3.0rad/s，稳态时分别记录系统的响应曲线，振幅和相位的数据记录于表1-2

4、；表1-2 振幅和相位的数据记录0.20.40.60.80.91.01.21.41.62.03.0 根据表格所整理的数据，在半对数坐标纸上绘制bode图，标出； 根据绘制的bode图分析二阶系统的； 可能的话，改变系统的或者，重复上述3-5。6、 实验数据图像及与理论计算和仿真分析比较结果1、根据理论值画出的伯德图根据绘制的bode图分析二阶系统的；超调量=50%调节时间=13s2、实验图像在本实验中，正弦波信号发生器输出的信号幅值为X=2V。利用CAE-PCI所截得的波形（绿色的是输入，红色的是输出）如下：W=0.2W=0.4W=0.6W=0.8W=0.9W=1.0W=1.2W=1.4W=1

5、.6W=2.0W=3.0 振幅和相位的数据记录0.20.40.60.80.911.21.41.6232.072.342.884.034.514.582.271.531.190.510.246.327.389.1912.1113.0813.227.122.921.51-5.85-12.40-4.82-12.15-23.75-47.24-73.24-96.88-141.80-152.34-159.39-152.48-161.913、绘制波特图根据表1，绘得二阶系统的幅频特性、相频特性曲线如图12所示：(a)幅频特性（b）相频特性4、实验分析由已知，可得谐振频率，谐振峰值，二阶系统的超调量，调节时间

6、。七、思考题1、 理论计算不同和，并和实验结果进行比较。答：由理论分析可知，故可得下表：实验相移与理论相移(rad/s)0.2 0.4 0.6 0.8 0.9 1.0 ()/deg-4.82-12.15-23.75-47.24-73.24-96.88()/deg-4.76-10.78-20.56-41.63-62.18-90(rad/s)1.2 1.4 1.6 2.0 ()/deg-141.2-152.34-159.39-161.91()/deg-132.51-147.74-157.7-165.07其中，是理论求得的相移。2、 能否根据所得的bode图确定二阶系统的传递函数。答：可以。根据曲线

7、上的峰值和与横轴的交点就可以确定和。控制系统的校正实验报告姓名：杨立琦 学号：10291060 指导教师：杨立琦 实验台号：1、实验目的 研究校正装置对系统动态性能指标的影响； 学习校正装置的设计和实现方法。2、实验预习要点 自行设计校正系统电路。 选择好必要的参数值，计算出相应的数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。3、实验设备计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。4、实验内容控制系统的方框图和模拟电路如图1-27所示。图127 控制系统的方框图和模拟电流图各个运算放大器功能：OP1，积分，；OP2，积分，；OP9，反相，（-1）；OP6，反相比例，

8、。可以得到：要求在该系统中加入超前校正装置，使系统的相位裕量500，幅值裕量10db，同时保持静态速度误差系数不变。超前校正装置的传递函数为：参考模拟电路如图128所示。图128 超前校正装置参考模拟电路传递函数如下：其中，。加入系统校正后，系统框图和系统模拟电路如图129所示。图1-29 系统校正的框图和模拟电路图运算放大器OP3为超前校正环节。五、实验步骤 调整Rf=40k，使K=0.4,计算此时未校正系统的静态速度误差系数KV； 画出来校正系统开环传递函数的Bode图，确定其相角裕量和幅值裕量； 观察并记录未校正系统OP3接成放大倍数为1的反相放大器时闭环阶跃瞬态响应曲线1，标出超调量%

9、，过渡过程时间ts，x(t)=1(t)V； 根据要求求出校正后的%，ts； 按要求接电路图，调整电位器，使得系统的单位阶跃响应满足给定的%，ts，测量电位器的R1，R2 ,确定相应的超前网络参数T，Kc； 单独观察并记录超前校正装置的阶跃瞬态响应曲线2，ei(t)=1(t)V； 观察并记录校正后控制系统的阶跃瞬态响应曲线3，（记录的幅度坐标和时间坐标应和曲线1相同）,标出和%, ts,和曲线1进行比较，x(t)=1(t)V。六、实验数据图像及与理论计算和仿真分析比较结果1、调整Rf=40k，使K=0.4,计算此时未校正系统的静态速度误差系数KV；解：未校正系统的静态速度误差系数2、画出未校正系

10、统开环传递函数的Bode图，确定其相角裕量和幅值裕量；未校正系统的开环传递函数的Bode图如下：3、观察并记录未校正系统OP3接成放大倍数为1的反相放大器时闭环阶跃瞬态响应曲线1，标出超调量%，过渡过程时间ts，x(t)=1(t)V；有上述各图可得，超调量为，调节时间。 4、单独观察并记录超前校正装置的阶跃瞬态响应曲线2，如下：由上述各图，可知超调量为，调节时间。与曲线1相比，曲线3的超调量下降了，调节时间减小了。七、思考题如图19所示的模拟电路能否作为超前校正装置，试计算其传递函数。答：可以。理由如下：此电路的传递函数为。一阶微分环节的截止频率为，惯性环节的截止频率为。显然，。故而，图19的模拟电路能作为超前校正装置。八、结论、体会和