自控试验报告

1、谖南国/C羞大呼NANJING AGRICULTURAL UNIVERSITY实验报告册课程名称：自动控制原理指导老师：丁永前班 级：1620 17学年南京农业大学工学院教务处印:函南女总凄大考工学院实验报告I实验目录; 实验一：典型环节的模拟实验i实验二：典型系统瞬态响应和稳定性分析 i实验三：控制系统的频率特性 :实验四：系统校正道）南女总凄大考工学院实验报告j实验名称：典型环节的模拟实验:一、 实验目的:通过模拟实验电路，结合理论知识感性认识各基本环节在典型信号下的响:应。通过实验初步了解实验装置的性能和结构，学会布线、设计和组合单元，学g会软件的操作。 ;二、实验设备基本知识:准备：使

2、运放处于工作状态.；将信号源单元（UiS0的ST端（插针）与+5V端（插针）用“短路块”:短接，使模拟电路中的场效应管（3 D J 6 ）夹断，这时运放处于工作状态.:阶跃信号的产生：g电路可采用图1 -1所示电路.它由“单脉冲单元” （U0 sp）及“电位器:单元（U 14 P）组成.U14?图 11;具体线路形成：在U 13 SP单元中，将H 1与十5V插针用“短路决”短接，:H2插针用排线接至U4 P单元的X插针；在U4 P单元中，将：Z插针和GND雨针用“短路块”短接，最后由插座的Y端输出:信号.:以后实验若再用到阶跃信号时，方法同上.不再赘述。;三、实验内容和步骤：I （1）观测比例

3、、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶成响应曲线。:（2）观测P I D环节的响应| （3）根据实际搭建的模拟电路图的参数，求解各典型环节的传递函数，在：Simulink中进行仿真，给出理论的响应曲线，并与实际响应曲线进行对比分析。;四、写出各典型环节在阶跃信号作用下的输出响应表达式（用参数表示）1 1、比例环节：Uo/Ui=K(曲南女惠装文理工学院实验报告：2、积分环节：Uo/Ui=K/S :3、惯性环节：Uo/Ui=K/(TS+1)”、比例积分环节：Uo/Ui=K+1/TS ：5、比例微分环节：Uo/Ui=K(1+TS)：6、比例积分微分环节：Uo/Ui= Kp+TdS+1/TiS四、画

4、出各典型环节实际响应曲线图和理论响应(仿真)图比例环节： B，惯性环节:;比例积分环节:涉南女总凄大理工学院实验报告;比例微分环节:E比例积分微分环节:实验名称：典型系统瞬态响应和稳定性分析、系统参数及框图修南玄惠装大理工学院实验报告:(1)典型二阶系统：典型二阶系统的方块图及传递函数; 图2 1是典型二阶系统原理方块图，其中T0=1 S, Ti=0.1S 7图241伊C1开环传递函数:闭环传递函数:KG(S) =,TS(T1S 1)W(S)=22S 2 -nS ，n其中耿1=K/T0相也为开环用益02O0K$00氏其中- n=p/KiTin:图中开环传递函数：G(S) =Ki100/ R=,

5、S(0.1S 1)S(0.1S 1)K1 =100/R10K1苴中. 匚=八2K1n = . 10K1(2)典型三阶系统 典型三阶系统的方块图：见图23开环传递函数为:G(S)H(S)=S(T1s 1)(T2S 1)其中K=KK/T0(开环增益)510/R开环传递函数为G(S)H(S) =,其中 K=510/R谈南女惠凄大考工学院实验报告图23S(0.1S 1)(0.51S 1)i三、实验内容及步骤:采用阶跃信号为信号源(参见实验一的描述)。(1)典型二阶系统瞬态性能指标的测试按图2 2接线.R =1 0 Kog用示波器观察系统阶跃响应C(t),测量并记录超调量Mp,峰值时间tp,;和调节时间

6、ts.记录表2中(表中已给出了实验结果参考数据，请自己重；新观测记录和计算)。:分别按R =20K; 4 0k; 100K 改变系的统开环增益，观察相应的阶跃响应C(t),测量并记录性能指标Mp,tp ,和ts,及系统的稳定住。;并将测量值和计算值(实验前必须按公式计算出)进行比较。：(2)典型三阶系统的性能;四、当二阶系统R =2 0 K ; 4 0k; 1 0 0 K时，填写下表BR值 (KQ)U-0响应曲线至斗南女总凄大考工学院实验报告0.7071:五、对实验中的三阶系统采用劳斯判据确定系统稳定、临界稳定和不稳定时的Rj值，根据实验中的实际数据填写下表。20401.58100R(KQ)K

7、稳定性输出波形壮1001稳定r 14.11 /-|V*1小115005稳定111-1 131111JT01* 1PI J V VJiII- -*i主场南女惠凄大考工学院实验报告实验名称：控制系统的频率特性、测系统的方块图及原理i图 3-1; 系统(或环节)的频率特性 G灯)是一个复变量可以表示成以角频率 ；为参数的幅值和相角：G(js) = G(js)/G(js):本实验用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特性。图所示系统的开:环频率特性为：-B(j ) B(j )G1(j )G2(j )H(j )=| 卜 |/ 长E(j ) E(j ):将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率

8、从低到高变;化，并施加于被测系统的输入端r (t)。然后分别测量相应的反馈信号b (t) g和误差信号e(t)的对数幅值和相位。频率特性测试仪测试数据经相关器运算后:在显示器中显示。;分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数座标纸上作:出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线.;根据实验开环对数用幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐:近线的斜率和转角频确定频率特性(或传递函数)。所确定的频率特性(或传递爸)南女惠凄大考工学院实验报告字函数)的正确性可以由测量的相频曲线来检验， 对最小相位系统而言，实际测量;所得的相频曲线必须与由确定的频率特性 (或传递函数)所画出的理论相频曲

9、线;在一定程度上相符。如果测量所得的相位在高频(相当转角频率)时不等于一 900 g x(q-p)式中p和q分别表示传递函数分母和分子的阶次,那么，频率特性(或 专递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。250 K图3-2、被测系统的模拟电路图luTr所的例:正比意其，注要节测输、在C 别为 t分即 J出 C输 一点的 点出节(t)由于倒相器的隹用八输出均为负值芍，_ (t)、，( t)之后用接一组 1/1的比例环 、e ( t )的正输出。:四、实验内容及步骤; 在此实验中，我们利用A CS(统中的U 1 0 DAO元将提供频率和幅值均:可调的基准正弦信号源作为被测对象的输人信号。而AC

10、繇统中测量单元的I CH1通道用来观测被测环节的输出，选择不同角频及幅值的正弦信号源作为:对象的输人，可测得相应环节的输出，并在PC机屏幕上显示，我们可以根据;所测得的数据正确描述对象的幅频和相频特性图。势；：五、实验数据的测量与记录输入R(t)的 疝频率(rad/s)误尧仁号e(t)反馈仔号b(t)开环特性幅值 (V)对数 幅值 201g相位(。)幅 值 (V)对数 幅值 20lg相 位 (。)对 数 幅 值 20lg相位(。)10.2-14-201.74.6110418.6124101.21.58-766.7-3.10160-4.6 8236簌南女总凄大考工学院实验报告 1001.85.1

11、05-1450.1-20230-25.13752001.895.53-1730.01-40257-45.3430六、作出系统的频率特，性图（Bodeffl）:实验绘制Bodeffl实验名称：系统校正形)g J- 2。 |严Iy s(0 5S+d4图4-1未校正前系统的方块图则有闭环传函数：；石 = 60%:40切 n = 6.32W W(S) = = 4 尸 =(t = 4s:S2 + 2S+40=0.158.+、口工:静态误差系数Kv = 20(1/s)、原系统及校正前的模拟电路图(图4-2)南女惠凄大理工学院实验报告=图4-2未校正系统的模拟电路图;四、串联校正装置设计要求二 % 25%使

12、系统满足性能指标：ts 1sKv _20(1/s);五、实验内容及步骤i 准备：将“信号源单元” (U1SG的ST研+和+5V勺插针用“短路块”短接!(1)测量未校正系统的性能指标!(2)理论设计串联校正单元，在Matlab的Simulink环境下进行仿真，使各项:参数达到性能要求。：(3)设计校正单元的模拟电路，实测校正后系统的性能指标:六、写出串联校正单元的设计过程，并画出校正后的系统结构框图及相关的性 能指标:(1)根据系统的动态性能的要求，设计一个超前校正装置其传递函数为： Gc(s)二：0.05S + 1:(2)校正后系统Kv=20, Mp=0.25, ts=1s,校正后系统方块图如下：管南玄总凄大考工学院实验报告:(3)由图可知，