自控實驗報告(原版)

1、自動控制原理實驗報告姓 名 : 王洋所在學院 : 電信學院專業(yè)班級 : 自動化1002學 號 : 10212049指導老師 : 苗宇日 期 : 2012年12月16日實驗一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應一、實驗目的1. 掌握控制模擬實驗的基本原理和一般方法。2. 掌握控制系統(tǒng)時域性能指標的測量方法。二、實驗儀器1 EL-AT-III 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2計算機一臺三、實驗原理1模擬實驗的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實驗采用復合網絡法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運算放大器不同的輸入網絡和反饋網絡模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結構圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)

2、的輸入端，并利用計算機等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應曲線及性能指標。若改變系統(tǒng)的參數，還可進一步分析研究參數對系統(tǒng)性能的影響。四、實驗內容構成下述典型一階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應：1. 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數G（S）= -R2/R12. 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數G（S）= K/TS+1K=R2/R1，T=R2C3. 積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數G（S）=-1/TST=RC4. 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數G（S）= RCS5. 比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數G（S）= K（TS+1）K=R2/R1，T=R2C五、實驗波形及數據比例環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)

3、節(jié)微分環(huán)節(jié)比例加微分六、計算1 慣性環(huán)節(jié) 取R2=100K，R1=100K，則理論值G（S）=-1.由以上慣性環(huán)節(jié)的圖形得輸出為-2000mv,輸入為1000mv.g(s)=-2,與理論值相同。2 積分環(huán)節(jié)取R=50K,C=0.1uf,則理論輸出值為G（S）=-0.005S由實驗所得圖形看出輸出為y2=-5s,輸入y1=1000.得g(s)=-0.005,與理論值相同。 實驗二二階系統(tǒng)階躍響應一、實驗目的1研究二階系統(tǒng)的特征參數，阻尼比和無阻尼自然頻率n 對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。定量分析和n 與最大超調量Mp和調節(jié)時間tS之間的關系。2學會根據系統(tǒng)階躍響應曲線確定傳遞函數。二、實驗儀器1EL-A

4、T-III 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2計算機一臺三、實驗原理控制系統(tǒng)模擬實驗利用運算放大器不同的輸入網絡和反饋網絡模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結構圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計算機等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應曲線及性能指標。若改變系統(tǒng)的參數，還可進一步分析研究參數對系統(tǒng)性能的影響。四、實驗內容典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數為其中和n 對系統(tǒng)的動態(tài)品質有決定的影響。構成圖2-1 典型二階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應：根據二階系統(tǒng)的模擬電路圖，畫出二階系統(tǒng)結構圖并寫出系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數。把不同和n 條件下測量

5、的Mp和ts值列表，根據測量結果得出相應結論。.畫出系統(tǒng)響應曲線，再由ts和Mp計算出傳遞函數，并與由模擬電路計算的傳遞函數相比較。五、實驗波形及數據R2=100kR2=0kR2=50kR2=200kR2=400kC=0.01u六、實驗數據分析1.二階系統(tǒng)的模擬電路圖如下系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數G(S)=G1G2G3/(1+G2G3G4+G1G2G3)（其中G1=10/s,G2=10/s,G3=1,G4=R2/R1）2.不同和n 條件下測量的Mp和ts值R1R2CnMP（mv）TS(ms)100K01f010rad/s-無窮大100K50K1f0.2510rad/s461（46.1%）1203100K

6、100K1f0.510rad/s181（18.1%）646100K200K1f110rad/s0473100K400K1f210rad/s01270100K100K0.1f0.5100rad/s167（16.7%）67由表可知，當為0時系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)，等幅振蕩。當在（0，1）之間時系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，當大于0時系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)，超調量為0.相同阻尼比的情況下，通過改變n，可以減小系統(tǒng)的響應時間并減少超調量。3.實際值與理論值的比較（小寫為理論值）nMPTS(ms)mpts(ms)010rad/s-無窮大-無窮大0.2510rad/s461（46.1%）120351.4%12000.51

7、0rad/s181（18.1%）64616.3%800110rad/s04730-210rad/s012700-0.5100rad/s167（16.7%）6716.3%80又上表可以看出實驗值與理論值基本相同實驗三 連續(xù)系統(tǒng)串聯校正一、實驗目的1. 加深理解串聯校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用。2. 對給定系統(tǒng)進行串聯校正設計，并通過模擬實驗檢驗設計的正確性。二、實驗儀器1EL-AT-III 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2計算機一臺三、實驗內容1串聯超前校正（1）系統(tǒng)模擬電路圖如圖3-1，圖中開關S 斷開對應未校情況，接通對應超前校正。（2）系統(tǒng)結構圖如圖3-2圖中2串聯滯后校正（1） 模擬電路圖

8、如圖3-3，開關s 斷開對應未校狀態(tài)，接通對應滯后校正。（2）系統(tǒng)結構圖示如圖3-4圖中3串聯超前滯后校正（1） 模擬電路圖如圖5-5，雙刀開關斷開對應未校狀態(tài)，接通對應超前滯后校正。（2） 系統(tǒng)結構圖示如圖3-6。圖中 四、 實驗步驟超前校正：1連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖 5-1)，開關s 放在斷開位置。2系統(tǒng)加入階躍信號，測量系統(tǒng)階躍響應，并記錄超調量p 和調節(jié)時間ts。3開關 s 接通，重復步驟2，并將兩次所測的波形進行比較。滯后校正：1. 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖 5-3)，開關s 放在斷開位置。系統(tǒng)加入階躍信號。測量系統(tǒng)階躍響應，并記錄超調量p 和調節(jié)時間ts。2. 開

9、關s 接通，重復步驟2，并將兩次所測的波形進行比較超前-滯后校正1. 接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖5-5)。雙刀開關放在斷開位置。系統(tǒng)加入階躍信號。測量系統(tǒng)階躍響應，并記錄超調量p 和調節(jié)時間ts2雙刀開關接通，重復步驟2，并將兩次所測的波形進行比較。五、實驗波形及數據1.串聯超前校正；紅為校正后波形2.串聯滯后校正；紫為校正后波形3 超前滯后校正；紫為校正后波形六 實驗結果分析1 超前校正校正前系統(tǒng)傳遞函數為G=40/（0.2s*s+s）,校正后系統(tǒng)傳遞函數為G=（2.2s+40）/(0.01s*s*s+0.25s*s+s)波特圖如下通過波特圖和系統(tǒng)階躍響應可以看出超前校正增大系統(tǒng)的相角裕

10、度，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性。2 滯后校正校正前系統(tǒng)傳遞函數為G=50/（0.005s*s*s+0.5s*s+s） 校正后系統(tǒng)傳遞函數為G=（50s+50）/(0.03s*s*s*s+3.005s*s*s+6.5s*s+s)波特圖如下通過波特圖和系統(tǒng)階躍響應可以看出滯后校正通過對快速性的限制換取了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3 滯后-超前校正校正前系統(tǒng)傳遞函數為G=60/（0.001s*s*s+0.11s*s+s）,校正后系統(tǒng)傳遞函數為G=60（1.2s+1）(0.15s+1)/(0.001s*s*s+0.11s*s+s）(0.3s*s+6.05s+1)波特圖如下通過波特圖和系統(tǒng)階躍響應可以看出滯后-超前校正能夠綜合超前和滯后校正的優(yōu)點，全面提高系統(tǒng)的控制性能。實驗感想這次自控實驗是對我們自控課堂上學到知識的強化和實踐，充分讓理論聯系實際。通過觀察圖形，我們對典型環(huán)節(jié)，二階系統(tǒng)的節(jié)約響應和各個系統(tǒng)校正環(huán)節(jié)有了更進一步的認識。在實驗過程中，我們還鍛