自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)報(bào)告1

1、.Har bi n In stit u te of Tech n ol og y實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：學(xué)號(hào)：課程名稱(chēng) ：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng) ：實(shí)驗(yàn)序號(hào) ：實(shí)驗(yàn)日期 ：實(shí)驗(yàn)室名稱(chēng) ：同組人：實(shí)驗(yàn)成績(jī) ：總成績(jī)：教師評(píng)語(yǔ) ：教師簽字 ：年月日.下載可編輯 .典型環(huán)節(jié)的時(shí)域響應(yīng)與典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握典型環(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方法、傳函及輸出時(shí)域函數(shù)的表達(dá)式 。2. 掌握各典型環(huán)節(jié)特征參數(shù)的測(cè)量方法。3. 熟悉各種典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。4. 研究二階系統(tǒng)的特征參量 （ 、 ）對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響 。5. 研究二階對(duì)象的三種阻尼比下的響應(yīng)曲線及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 、PC 機(jī)一臺(tái) ， TD-AC

2、C+ 教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。三 實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容1.比例環(huán)節(jié)比列環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為（ ）其階躍響應(yīng)為，其中.(1).R0=200k,R1=100k時(shí)，對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線如圖1.下載可編輯 .圖 1（ 注：圖中 CH1 為輸入信號(hào) ， CH2 為輸出信號(hào) ，以下各圖均相同 ）輸入信號(hào)幅值為V1=2.179V, 輸出信號(hào)幅值為V2=1.077V ；理論上 ，傳遞函數(shù)（），實(shí)際測(cè)得的K=，理論值基本等于實(shí)際測(cè)量值。（2 ） R0=200k,R1=200k,對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線如圖2 所示.下載可編輯 .圖 2輸入信號(hào)幅值為V1=2.179V ，輸出信號(hào)幅值為V2=2.103V 。 理論上 ，傳遞函數(shù)（ ），理

3、論值基本等于實(shí)際測(cè)量值。，實(shí)際測(cè)得的 K=兩次實(shí)驗(yàn)中 ， R0=200k保持不變 ，當(dāng) R1 從 100k變?yōu)?200k 后，比例常數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍 ，反映在階躍響應(yīng)曲線上，則為 ： R1=100k 時(shí)，輸入信號(hào)高于輸出信號(hào)，幅值約為輸出信號(hào)的兩倍； R1=200k 時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的曲線基本重合。2.積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為（ ），其階躍響應(yīng)為，其中。（ 1）時(shí)，對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線如圖3 所示圖 3輸入信號(hào)的幅值V1=2.179V ，輸出信號(hào)的幅值V2=9.230V 。 理論上 ，積分時(shí)間常數(shù)=200ms ，實(shí)際測(cè)得的積分時(shí)間常數(shù)為T(mén)=196.9ms. 實(shí)際值基本等于理論值 。.下

4、載可編輯 .（ 2） .時(shí)，對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線如圖4 所示圖 4輸入信號(hào)的幅值為V1=2.179v輸出信號(hào)的幅值為V2=9.230v 。 理論上 ，積分時(shí)間常數(shù)=100ms ，實(shí)際測(cè)得的積分時(shí)間常數(shù)為T(mén)=103.1ms. 實(shí)際值基本等于理論值。選擇不同的和時(shí)，對(duì)應(yīng)的積分時(shí)間常數(shù)不一樣。較大時(shí) ，階躍響應(yīng)隨時(shí)間變化的較慢 ，對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線較平緩；較小時(shí) ，階躍響應(yīng)隨時(shí)間變化的較快，對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線較為陡峭。3.比例積分環(huán)節(jié)（ ），其階躍響應(yīng)為比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為其中，。（1）.時(shí)，其階躍響應(yīng)曲線如圖所示.下載可編輯 .圖 5輸入信號(hào)的幅值V1=2.79V ，輸出信號(hào)的幅值V2=9.23

5、0V 。 理論上 ，積分時(shí)間常數(shù)T=。實(shí)際測(cè)得的總得相響應(yīng)時(shí)間為734.4ms.(2).時(shí)，階躍響應(yīng)曲線如圖所示.下載可編輯 .圖 6輸入信號(hào)幅值為V1=2.179V ，輸出信號(hào)幅值為V2=9.230V 。 理論上 ，積分時(shí)間常數(shù)T=。實(shí)際測(cè)得的總得相響應(yīng)時(shí)間為1.406s 。和不變， C 增大時(shí) ，響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)階躍響應(yīng)曲線上升階段變得更慢、更平緩。6. 慣性環(huán)節(jié)（）慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為，階躍響應(yīng)為，其中K=，T=。（1 ），時(shí)，對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線如圖7 所示圖 7輸入信號(hào)的幅值為V1=2.179V ，輸出信號(hào)的幅值為V2=2.179V 。 理論上 ，慣性時(shí)間常數(shù)為 T=，實(shí)際測(cè)得的慣性

6、時(shí)間常數(shù)T=203.1ms ，理論值基本等于實(shí)際測(cè)得的值。（2 ） .，C=2u 時(shí)，階躍響應(yīng)曲線如圖8 所示.下載可編輯 .圖 8輸入信號(hào)的幅值為V1=2.179V ，輸出信號(hào)的幅值V2=2.179V 。 理論上 ，慣性時(shí)間常數(shù)為 T=，實(shí)際測(cè)得的慣性時(shí)間常數(shù)T=406.3ms ，理論值基本等于實(shí)際測(cè)得的值 。和不變， C 增大時(shí) ，響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng) ，對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線變得平緩，上升變慢 。7. 典型二階系統(tǒng)典型二階系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益為.此實(shí)驗(yàn)中 ， K=。 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 W（S）=。其中 ，自然振蕩角頻率，阻尼比。令，可求得臨界阻尼時(shí) ， R=40k, 則 R<

7、40k時(shí),系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)， R>40k時(shí)系統(tǒng)處于過(guò)阻尼狀態(tài) 。（ 1）R=40k, 系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)，階躍響應(yīng)曲線如圖 9所示.下載可編輯 .圖 9輸入信號(hào)幅值為2.179V ，輸出信號(hào)穩(wěn)態(tài)幅值為2.179V 。由響應(yīng)曲線求得，上升時(shí)間, 調(diào)整時(shí)間.最大超調(diào)量Mp%=0.理論進(jìn)行計(jì)算， 上升時(shí)間， R=40K時(shí)，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)，理論上 ，上升時(shí)間應(yīng)該為無(wú)窮大 ，但實(shí)際上經(jīng)過(guò)時(shí)間常數(shù)的3 倍時(shí) ，誤差就成為5%了 。 最大超調(diào)量Mp%理論上為0，實(shí)際測(cè)得也為0.（ 2）R<40k時(shí)，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，取 R=9.77k, 其階躍響應(yīng)曲線如圖10 所示.下載可編輯 .圖

8、 10輸入信號(hào)幅值為V1=2.179V ，輸出信號(hào)穩(wěn)態(tài)值為V2=2.179V ，峰值時(shí)間,上升時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間,最大超調(diào)量Mp%=100*(0.3333/2.179)%=15.3%.理論上進(jìn)行計(jì)算。上升時(shí)間為，R=9.77K時(shí)，可得，=8.82 ，則.峰值時(shí)間=356ms ，調(diào)節(jié)時(shí)間=1891ms,最大超調(diào)量Mp%=17.1%。上升時(shí)間、峰值時(shí)間和最大超調(diào)量Mp% 實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值基本等于于理論計(jì)算值，調(diào)節(jié)時(shí)間實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值和理論計(jì)算值相差較大，可能由于操作不當(dāng)以及肉眼觀察導(dǎo)等致誤差較大。(3)R>40k 時(shí)，系統(tǒng)處于過(guò)阻尼狀態(tài)，取 R=72.82k, 其階躍響應(yīng)曲線如圖11 所示.下載可編輯 .

9、圖 11輸入信號(hào)幅值為 V1=2.179V ，輸出信號(hào)穩(wěn)態(tài)值為 V2=2.179V ，上升時(shí)間,調(diào)整時(shí)間. 最大超調(diào)量Mp%=0.理論上 ，上升時(shí)間應(yīng)該為無(wú)窮大，但實(shí)際上經(jīng)過(guò)時(shí)間常數(shù)的3 倍時(shí) ，誤差就成為5%了。最大超調(diào)量Mp% 理論上為 0 ，實(shí)際測(cè)得也為0.四 思考題1.由運(yùn)算放大器組成的各種環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)是在什么條件下推導(dǎo)出的？答：將運(yùn)算放大器視為理想運(yùn)放，忽略了一些極小的參數(shù)影響，如晶體管的極間電容等 。2.實(shí)驗(yàn)電路中串聯(lián)的后一個(gè)運(yùn)算放大器的作用？若沒(méi)有 ，則其傳遞函數(shù)有什么差別？答：倒相的作用 ；如果沒(méi)有這個(gè)運(yùn)算放大器 ，則傳遞函數(shù)前多一個(gè)負(fù)號(hào) 。3.慣性環(huán)節(jié)在什么條件下可近似為比