南理工機械院控制工程基礎(chǔ)實驗報告方案

1、實驗1 模擬控制系統(tǒng)在階躍響應(yīng)下的特性實驗實驗?zāi)康母鶕?jù)等效仿真原理，利用線性集成運算放大器及分立元件構(gòu)成電子模擬器，以干電池作為輸入信號，研究控制系統(tǒng)的階躍時間響應(yīng)。實驗內(nèi)容研究一階與二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變，對系統(tǒng)階躍時間響應(yīng)的影響。實驗結(jié)果及理論分析一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)電容值1uF，階躍響應(yīng)波形：電容值2.2uF，階躍響應(yīng)波形：電容值4.4uF，階躍響應(yīng)波形：一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)表電容值（uF）穩(wěn)態(tài)終值Uc（）（V）時間常數(shù)T(s)理論值實際值理論值實際值1.02.872.900.510.502.22.872.901.021.074.42.872.902.242.06元器件實測參數(shù)Ur= -2.

2、87VRo=505kR1=500kR2=496k其中誤差原因分析：1 電阻值及電容值測量有誤差；2 干電池電壓測量有誤差；3 在示波器上讀數(shù)時產(chǎn)生誤差；4 元器件引腳或者面包板老化，導(dǎo)致電阻變大；5 電池內(nèi)阻的影響輸入電阻大小。6 在C=4.4uF的實驗中，受硬件限制，讀數(shù)誤差較大。二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)a. 阻尼比為0.1，階躍響應(yīng)波形：阻尼比為0.5，階躍響應(yīng)波形：阻尼比為0.7，階躍響應(yīng)波形：阻尼比為1.0，階躍響應(yīng)波形：二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)表Rw（）峰值時間tp（s）Uo(tp)（V）調(diào)整時間ts（s）穩(wěn)態(tài)終值Us（V）超調(diào)（%）Mp震蕩次數(shù)N0.1454k0.34.82.82.9562.7

3、60.552.9k0.43.30.52.9511.910.724.6k0.43.00.32.922.711.02.97k1.02.981.02.9800回答問題1. 為什么要在二階模擬系統(tǒng)中設(shè)置開關(guān)K1和K2，而且必須同時動作？答：K1的作用是用來產(chǎn)生階躍信號，撤除輸入信后，K2則是構(gòu)成了C2的放電回路。當K1一旦閉合（有階躍信號輸入），為使C2不被短路所以K2必須斷開，否則系統(tǒng)傳遞函數(shù)不是理論計算的二階系統(tǒng)。而K1斷開后，此時要讓C2盡快放電防止燒壞電路，所以K2要立即閉合。為什么要在二階模擬系統(tǒng)中設(shè)置F3運算放大器？答：反相電壓跟隨器。保證在不影響輸入和輸出阻抗的情況下將輸出電壓傳遞到輸入

4、端，作為負反饋。實驗2 模擬控制系統(tǒng)的校正實驗1、 實驗?zāi)康牧私庑Ｕ诳刂葡到y(tǒng)中的作用。實驗內(nèi)容設(shè)計一個串聯(lián)校正裝置來改善系統(tǒng)性能，使其滿足指定的指標要求。實驗結(jié)果及理論分析1. 系統(tǒng)校正前輸出波形：校正前二階系統(tǒng)數(shù)據(jù)表峰值時間tp（s）Uo(tp)（V）調(diào)整時間ts（s）穩(wěn)態(tài)終值Us（V）超調(diào)（%）Mp震蕩次數(shù)N測量數(shù)值0.64.43.62.950.74元器件參數(shù) R1=98.2k, R2=98.7k, R3=98.5k, R4=97.8k, R5=98.8k R6=506k, R7=100k, R8=234k, R9=98.8k理論數(shù)值0.54.63.52.9604系統(tǒng)校正后輸出波形：校正

5、后二階系統(tǒng)數(shù)據(jù)表峰值時間tp（s）Uo(tp)（V）調(diào)整時間ts（s）穩(wěn)態(tài)終值Us（V）超調(diào)（%）Mp震蕩次數(shù)N測量數(shù)值0.23.10.32.926.21系統(tǒng)校正后，達到穩(wěn)態(tài)的時間大大縮短，而且振蕩過程中超調(diào)量也變得很小，總之，系統(tǒng)校正后穩(wěn)定性大大提高。回答問題1. 校正前系統(tǒng)的輸出為何與輸入反相？答：因為校正前輸入信號經(jīng)過了三個放大器，而且每次都是從放大器負引腳輸入，所以每經(jīng)過一次信號反相一次，三次之后輸出信號正好與輸入信號反相?；蛘哒f，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)中還有一個“”。校正后的系統(tǒng)電模擬線路原理圖中F5的作用是什么？答：反相電壓跟隨器。保證在不影響輸入和輸出阻抗的情況下將輸出電壓傳遞到輸入端，

6、作為負反饋。實驗3 模擬一階系統(tǒng)頻率特性測試實驗1、 實驗?zāi)康膶W習頻率特性的測試方法，根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，繪制一階慣性環(huán)節(jié)的開環(huán)Bode圖，并求取系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)實驗內(nèi)容利用頻域法的理論，有一階系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性分析其閉環(huán)系統(tǒng)的特性。實驗結(jié)果及理論分析1. 頻率特性數(shù)據(jù)記錄表設(shè)計頻率值（Hz）20405060708090100110120150實測頻率值（Hz）20.2840.8849.9559.8170.9279.6290.09100.2110.6120.2150.4輸入峰-峰值(V)1.881.961.962.002.002.002.002.002.002.002.00周期T49.3624

7、.5020.1016.7614.1212.5611.0810.029.608.306.65輸出峰-峰值(V)6.163.643.002.602.202.001.761.601.481.321.08相移7.20 4.80 4.00 3.50 3.00 2.70 2.40 2.20 2.10 1.90 1.50 頻率特性幅頻3.28 1.86 1.53 1.30 1.10 1.00 0.88 0.80 0.74 0.66 0.54 相頻-52.5 -70.5-71.6-75.1-76.4-77.3 -77.9-79.0-78.7 -82.4-81.2元件實測參數(shù)R1=9.91(KW) R2=9.9

8、1(KW) R3=9.91(KW) R4=10.16(KW) R6=10.12(KW)R7=9.86(KW) R8=51.8(KW) C1=1.04(mF)理論計算幅頻3.15 1.85 1.55 1.31 1.12 1.00 0.89 0.80 0.73 0.67 0.54 相頻-51.8-68.7-72.3-75.0-77.3-78.6-79.9-80.9-81.8-82.4-83.9幅頻特性曲線：相頻特性曲線結(jié)果分析根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分別繪制系統(tǒng)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。與理論曲線對比可以發(fā)現(xiàn)：幅頻特性曲線與理論曲線比較接近，相頻特性曲線與理論曲線有一定偏差。分析誤差原因，有以下幾種可能：1 在示波器屏幕上的讀數(shù)精度低，讀數(shù)的誤差較大；2 阻容元件不是完全的理想模型，真實相頻曲線和理論相頻曲線有偏差。3 電路中有噪聲干擾。實驗4 數(shù)字伺服系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)的演示實驗1、 實驗?zāi)康耐ㄟ^對計算機控制的電液伺服系統(tǒng)、數(shù)字伺服系統(tǒng)（小功率電機控制系統(tǒng)）的介紹，使學生了解控制理論的工程實際應(yīng)用。實驗內(nèi)容通過兩套