自動控制原理實驗

1、2014-2015學年第二學期自 動 控 制 原 理實驗報告姓名：王麗學號：20122527班級：交控3班指導教師：周慧實驗一：典型系統(tǒng)的瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性1. 比例環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（1:1） 比例環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（1:2）2. 積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（c=1uf）3. 比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（c=1uf） 比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（c=2uf）4. 慣性環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（c=1uf） 慣性環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（c=2uf）5. 比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（r=100k） 比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（r=200k）6. 比例積分微分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（r=100k）

2、 比例積分微分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖（r=200k）實驗結論1. 積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線圖可以看出，積分環(huán)節(jié)有兩個明顯的特征：（1） 輸出信號是斜坡信號（2） 積分常數越大，達到頂峰需要的時間就越長 2. 比例積分環(huán)節(jié)就是把比例環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)并聯，分別取得結果之后再疊加起來，所以從圖像上看，施加了階躍信號以后，輸出信號先有一個乘了系數K的階躍，之后則逐漸按斜坡形式增加，形式同比例和積分的加和是相同的，因而驗證了這一假設。 3. 微分環(huán)節(jié)對于階躍信號的響應，在理論上，由于階躍信號在施加的一瞬間有跳變，造成其微分結果為無窮大，之后階躍信號不再變化，微分為0，表現為輸出信號開始衰減。4. PID環(huán)節(jié)同

3、時具備了比例、積分、微分三個環(huán)節(jié)的特性，輸出圖像其實也就是三個環(huán)節(jié)輸出特性的疊加。三個環(huán)節(jié)在整個系統(tǒng)中的工作實際上是相互獨立的，這也與它們是并聯關系的事實相符合。5. 慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數 輸出函數： 可以看到，當t時，r(t)Ku(t),這與圖中的曲線是匹配的。 實驗心得 通過本實驗我對試驗箱更加熟悉，會連接電路；更直觀的看到電路的數學模型和電路的響應曲線圖三者之間的關系，這讓我能夠將在此之前所學的知識聯系到一起。不管是什么電路，如果要研究它首先就是得到它的數學模型，然后再通過對數學模型的研究間接的來研究該電路。驗證電路，我們可以通過電路的響應曲線圖來直觀的判斷。實驗二：典型系統(tǒng)的瞬態(tài)響應和穩(wěn)

4、定性分析1. 典型二階系統(tǒng)（r=10k） （r=20k） （r=40k） （r=100k） （r=120k）2. 典型三階系統(tǒng)（r=10k） （r=30k） （r=34k）實驗總結 實驗所得超調量比理論值大，說明實驗軟件并不準確，可能是阻尼比偏小。 理論上，可得，在R=41.76K時，系統(tǒng)的響應曲線是等幅振蕩，當Rx>41K時，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，當Rx<41K時，系統(tǒng)不穩(wěn)定，實驗結果偏小，說明實驗電路中的元件值不準確或其他不可控因素導致。三種狀態(tài)下的單位階躍響應曲線與書本上比較大體相同，能夠比較準確地反映出典型三階系統(tǒng)的動態(tài)特性。 實驗心得 在二階系統(tǒng)中我們可以調節(jié)電阻值，得到圖形。增

5、大放大系數可以減小穩(wěn)態(tài)誤差加快響應速度，但是放大系數過大會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。在該實驗的三階系統(tǒng)中也是一樣，一般來講高階的系統(tǒng)其實在一定的情況下可以降低近似為二階系統(tǒng)，所以我們通過改變可調電阻R的值，可以使系統(tǒng)從不穩(wěn)定，變化到臨界穩(wěn)定，最后再變化到穩(wěn)定，可見，系統(tǒng)的參數對系統(tǒng)的動態(tài)響應有很大的影響，系統(tǒng)的動態(tài)響應由系統(tǒng)的結構和參數所決定。實驗三：系統(tǒng)校正的研究1. 未校正系統(tǒng)（ Mp=64% Ts=4.469s 與理論值相近) 2. 校正后系統(tǒng)（ Mp=6% Ts=0.703s )3. 改變校正裝置的c=1uf (電容變小，則頻率Wn減小變小)實驗四：線性系統(tǒng)的根軌跡分析1. 直接測量法(波特圖和

6、極坐標)2. 間接測量法(波特圖和極坐標)實驗七：狀態(tài)反饋與極點配置1. 極點配置前2. 極點配置后實驗八：采樣系統(tǒng)的分析與校正研究1. 信號的采樣保持 （T<20ms時) (T=20ms時) (T>20ms時)2. 閉環(huán)采樣控制系統(tǒng) （T=5ms 階躍峰值=3.23V 輸出峰值=5.13 Mp=58.8%） （T=30ms 階躍峰值=3.18V 輸出峰值=5.79v Mp=82.1%） （T=150ms）實驗九：采樣控制系統(tǒng)的校正1. 未校正系統(tǒng)2. 校正后系統(tǒng) （輸出峰值=4.3穩(wěn)定電壓=3.1 Mp=38.7%)實驗總結 信號的采樣保持實驗中，采樣周期越大，失真度越高。 閉環(huán)

7、采樣控制系統(tǒng)實驗中，特征方程式的根與采樣周期 T 有關，若特征根的模均小于 1，則系統(tǒng)穩(wěn)定，若有一個特征根的模大于 1，則系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性與采樣周期 T 的大小有關， 采樣周期越大系統(tǒng)超調量越大。實驗十：典型非線性環(huán)節(jié)1. 繼電特性2. 飽和特性3. 死區(qū)特性4. 間隙特性實驗十一：非線性系統(tǒng)分析1. 繼電型非線性系統(tǒng)2. 帶速度負反饋的繼電型非線性系統(tǒng)小結 當繼電型非線性系統(tǒng)加上速度負反饋可以減小超調量，即平穩(wěn)性加大，縮短調節(jié)時間Ts，減小振蕩次數，系統(tǒng)的快速性得到提高。3. 飽和非線性系統(tǒng)小結 由于飽和特性在大信號時的等效增益很低，故帶飽和非線性的控制系統(tǒng)，一般在大起始偏 離下

8、總具有收斂性質，系統(tǒng)最終可能穩(wěn)定，最壞的情況是自振，而不會造成愈大的不穩(wěn)定狀態(tài)。當然，如果飽和點過低，則在提高系統(tǒng)平穩(wěn)性的同時，將使系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)態(tài)跟蹤精度有所下降。實驗十二：三階非線性系統(tǒng)實驗1. 繼電型非線性三階系統(tǒng) （振幅為：7.19v 周期為：3.3s）32. 飽和型非線性三階系統(tǒng)（振幅為：8.85v 周期為：4.1s）減小線性部分增益（r=250k和r=200k）實驗總結 用示波器分別觀測繼電型、飽和型三階系統(tǒng)的自激振蕩，可讀出其T和Em，實驗中如適當減小線性部分的增益，G(jw)曲線向右縮小，致使與1/N(x)線不相交，則自振消失。 由于G(jw)曲線不再包圍1/N(x)線，閉環(huán)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作。 在示波器上可看出系統(tǒng)的輸出為衰減振蕩，