北航自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) (非電專業(yè))實(shí)驗(yàn)報(bào)告 (4500字)

1、北航自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) (非電專業(yè))實(shí)驗(yàn)報(bào)告 (4500字) 自 動(dòng) 控 制 原 理 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 冊(cè) 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 2016年1月2日 實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)三 目錄 一、二階系統(tǒng)的電子模擬及時(shí)域響應(yīng)的動(dòng)態(tài)測試 . 3 頻率響應(yīng)測試 . 8 控制系統(tǒng)串聯(lián)校正 . 18 實(shí)驗(yàn)一 一、二階系統(tǒng)的電子模擬 及時(shí)域響應(yīng)的動(dòng)態(tài)測試 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、 了解一、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)及其性能指標(biāo)與系統(tǒng)參 數(shù)之間的關(guān)系。 2、 學(xué)習(xí)在電子模擬機(jī)上建立典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模型的方 法。 3、 學(xué)習(xí)階躍響應(yīng)的測試方法。 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、 建立一階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同時(shí)間 常數(shù)T時(shí)的階躍響應(yīng)曲線，并測定

2、其過渡過程時(shí)間Ts。 2、 建立二階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同阻尼 比時(shí)的階躍響應(yīng)曲線，并測定其超調(diào)量及過渡過程時(shí)間。 三、實(shí)驗(yàn)原理 1一階系統(tǒng)： 系統(tǒng)傳遞函數(shù)為： =模擬運(yùn)算電路如圖1- 1所示： 圖 1- 1 由圖 1-1得 在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中始終取R2= R1，則K=1，T= R2C取不同的時(shí)間常數(shù)T分別為： 、 、1 2二階系統(tǒng): 其傳遞函數(shù)為： 令n=1弧度/秒，則系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-2所示： 圖1-2 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖，建立的二階系統(tǒng)模擬線路如圖1-3所示： 圖1-3 取R2C1=1 ，R3C2 =1，則 及 取不同的值= , = , =1 實(shí)驗(yàn)電路圖： 一階： 二階： 四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 根據(jù)

3、實(shí)驗(yàn)要求選取的參數(shù)如下： 一階 二階 五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖 注：時(shí)間軸單位：t/10ms，下面實(shí)驗(yàn)同。 依次取=、 一階： 二階： 六、數(shù)據(jù)分析 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果與理論數(shù)據(jù)間存在差異，主要原因在于用510千歐電阻代替500歐電阻，其他原因包括模擬程序中各元件的實(shí)際物理值與理論之間存在差異，實(shí)際運(yùn)行中會(huì)有互相之間的干擾，外界的干擾、儲(chǔ)能元件放電不完全等，導(dǎo)致了最終實(shí)際模擬結(jié)果與理論之間有一定差異。 七、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 本次實(shí)驗(yàn)過程中表現(xiàn)出來的主要問題是對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的不了解、對(duì)Matlab軟件的生疏、與對(duì)電器元件及導(dǎo)線的預(yù)測量的缺失，導(dǎo)致耽誤了很長時(shí)間，直到第三次實(shí)驗(yàn)時(shí)才補(bǔ)做完。所得數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)間的差異在誤差范

4、圍內(nèi)，可以接受。 實(shí)驗(yàn)二 頻率響應(yīng)測試 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 掌握頻率特性的測試原理及方法。 2. 學(xué)習(xí)根據(jù)所測定出的系統(tǒng)的頻率特性，確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法。 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3. 測定給定環(huán)節(jié)的頻率特性。 4. 系統(tǒng)模擬電路圖及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分別如圖2-1及圖2-2。 5. 系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：取R=200K，則 取R=500K，則 若正弦輸入信號(hào)為Ui=A1Sin,則當(dāng)輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，其輸出信號(hào)為Uo=A2Sin。改變輸入信號(hào) 頻率 值，便可測得二組A1/A2和隨f變化的數(shù) 值，這個(gè)變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。 三、 實(shí)驗(yàn)原理 1. 幅頻特性即測量輸入與輸出信號(hào)幅值A(chǔ)1及A2，然后計(jì)算其

5、比值A(chǔ)2/A1。 2. 實(shí)驗(yàn)采用“李沙育圖形”法進(jìn)行相頻特性的測試。以下簡單介紹一下這種測試方法的原理。 設(shè)有兩個(gè)正弦信號(hào): X=XmSin Y=YmSin 若以X為橫軸，Y為縱軸，而以作為參變量，則隨著 t的變化，X和Y所確定的點(diǎn)的軌跡，將在X-Y平面上描繪出一條封閉的曲線。這個(gè)圖形就是物理學(xué)上成稱為的“李薩如圖形”。 . 相位差角的求法: 對(duì)于X=XmSin及Y= YmSin 當(dāng)t=0時(shí)，有 X=0 ；Y=Ym Sin 即=ArcSin, 0/2時(shí)成立。 實(shí)驗(yàn)電路圖： 四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 K=2 K=5 五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖 K=2 11 12 K=5 13 14 六、計(jì)算系統(tǒng)傳遞函數(shù) K=2

6、擬合的幅頻曲線： Am=; wm= /s 15 故Am? ?; wm?w?/s?wn? 系統(tǒng)傳遞函數(shù)G=2? s?2?wns?wn2s2? K=5 擬合的幅頻曲線： Am=; wm = /s 故Am?; wm?w?/s?wn? 系統(tǒng)傳遞函數(shù)G=2?22 s?2?wns?wns? 七、數(shù)據(jù)分析 實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為理想，與理論值差距不大，但實(shí)驗(yàn)過程中感覺到系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，很容易受外界干擾，曾經(jīng)做到一半時(shí)突然系統(tǒng)圖像變形，導(dǎo)致后來只得重新接線測量。實(shí)驗(yàn)中吸取了上次的教訓(xùn)，接線前對(duì)原件導(dǎo)線都做了預(yù)先檢測，節(jié)省了部分時(shí)間。 八、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 本次實(shí)驗(yàn)就操作方面而言比上一次要好，主要原因是對(duì)實(shí)驗(yàn)器具的相對(duì)熟悉，與注

7、意了接線之前對(duì)各部件的預(yù)先檢測，因此避免了一些不必要的時(shí)間浪費(fèi)。 實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)串聯(lián)校正 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解和掌握串聯(lián)校正的分析和設(shè)計(jì)方法。 2、研究串聯(lián)校正環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正，并驗(yàn)證。 2. 設(shè)計(jì)串聯(lián)滯后校正，并驗(yàn)證。 三、 實(shí)驗(yàn)原理 其中Gc為校正環(huán)節(jié)，可放置在系統(tǒng)模型中來實(shí)現(xiàn)，也可使用模擬電路的方式由模擬機(jī)實(shí)現(xiàn)。 3.未加校正時(shí)， 。 4. 加串聯(lián)超前校正時(shí)，給定 ， ，則 。 5 加串聯(lián)滯后校正時(shí)，給定 四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ，則 。 依圖線，得系統(tǒng)截止頻率Wc、穩(wěn)定裕度Pm： 1.未加校正 Wc=/sec Pm=-°

8、2.加超前校正 Wc=/sec Pm=° 3.加滯后校正 Wc=/sec Pm=° 實(shí)驗(yàn)電路圖： 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖 1. 六、數(shù)據(jù)分析 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值之間存在一定差異，但在允許誤差范圍內(nèi)。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以得出：添加合適的超前串聯(lián)校正環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)的截止頻率增大，穩(wěn)定裕度增加，從而使系統(tǒng)的快速性與穩(wěn)定性得到改善，但其對(duì)高頻響應(yīng)部分的影響會(huì)使系統(tǒng)容易受到高頻干擾信號(hào)干擾，有一定的負(fù)面；添加合適的滯后串聯(lián)校正環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度增加，并且增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)高頻干擾的抵抗性，但其會(huì)使系統(tǒng)的截止頻率降低，從而對(duì)系統(tǒng)的快速性造成一定負(fù)面影響。 七、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 本實(shí)驗(yàn)步驟較簡單、操作比較容易，加之實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的增長，使得本次實(shí)驗(yàn)過程較順利、完成較快，并且在課上補(bǔ)做了之前沒有做