自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告1專業(yè)五個(gè)實(shí)驗(yàn)

自動(dòng)控制原理試驗(yàn)專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)試驗(yàn)時(shí)間：.10—.11

試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和要求：經(jīng)過自動(dòng)控制原理試驗(yàn)牢靠地掌握《自動(dòng)控制原理》課基本分析方法和試驗(yàn)測試伎倆。能應(yīng)用運(yùn)算放大器建立各種控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，掌握系統(tǒng)校正慣用方法，掌握系統(tǒng)性能指標(biāo)同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)之間基本關(guān)系。經(jīng)過大量試驗(yàn)，提升動(dòng)手、動(dòng)腦、理論結(jié)合實(shí)際能力，提升從事數(shù)據(jù)采集與調(diào)試能力，為構(gòu)建系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。試驗(yàn)儀器、設(shè)備（軟、硬件）及儀器使用說明自動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)一套計(jì)算機(jī)（已安裝虛擬測量軟件---LABACT）一臺(tái)椎體連接線18根經(jīng)典步驟試驗(yàn)（一）、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：了解相同性原理基本概念。掌握用運(yùn)算放大器組成各種慣用經(jīng)典步驟方法。掌握各類經(jīng)典步驟輸入和輸出時(shí)域關(guān)系及對(duì)應(yīng)傳遞函數(shù)表示形式，熟悉各經(jīng)典步驟參數(shù)（K、T）。學(xué)會(huì)時(shí)域法測量經(jīng)典步驟參數(shù)方法。（二）、試驗(yàn)內(nèi)容：1、用運(yùn)算放大器組成百分比步驟、慣性步驟、積分步驟、百分比積分步驟、百分比微分步驟和百分比積分微分步驟。2、在階躍輸入信號(hào)作用下，統(tǒng)計(jì)各步驟輸出波形，寫出輸入輸出之間時(shí)域數(shù)學(xué)關(guān)系。3、在運(yùn)算放大器上實(shí)現(xiàn)各步驟參數(shù)改變。（三）、試驗(yàn)要求：仔細(xì)閱讀自動(dòng)控制試驗(yàn)裝置布局圖和計(jì)算機(jī)虛擬測量軟件使用說明書。做好預(yù)習(xí)，依照試驗(yàn)內(nèi)容中原理圖及對(duì)應(yīng)參數(shù)，寫出其傳遞函數(shù)表示式，并計(jì)算各經(jīng)典步驟時(shí)域輸出響應(yīng)和對(duì)應(yīng)參數(shù)（K、T）。3、分別畫出各經(jīng)典步驟理論波形。輸入階躍信號(hào)，測量各經(jīng)典步驟輸入和輸出波形及相關(guān)參數(shù)。（四）、試驗(yàn)原理試驗(yàn)原理及試驗(yàn)設(shè)計(jì)：1．百分比步驟：Ui-Uo時(shí)域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：百分比系數(shù)：時(shí)域輸出響應(yīng)：2．慣性步驟：Ui-Uo時(shí)域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：百分比系數(shù)：時(shí)常數(shù)：時(shí)域輸出響應(yīng)：3．積分步驟：Ui-Uo時(shí)域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：時(shí)常數(shù)：時(shí)域輸出響應(yīng)：4．百分比積分步驟：Ui-Uo時(shí)域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：百分比系數(shù)：時(shí)常數(shù)：時(shí)域輸出響應(yīng)：5．百分比微分步驟：Ui-Uo時(shí)域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：百分比系數(shù)：時(shí)常數(shù)：時(shí)域輸出響應(yīng)：6．百分比積分微分步驟：Ui-Uo時(shí)域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：百分比系數(shù)：時(shí)常數(shù)：時(shí)域輸出響應(yīng)：(五)、試驗(yàn)方法與步驟依照原理圖結(jié)構(gòu)試驗(yàn)電路。測量輸入和輸出波形圖。將所測得數(shù)據(jù)填入試驗(yàn)數(shù)據(jù)表中。(六)、討論與思索寫出各經(jīng)典步驟微分方程（建立數(shù)學(xué)模型）。依照所描述各經(jīng)典步驟微分方程，你能否用電學(xué)、力學(xué)、熱力學(xué)和機(jī)械學(xué)等學(xué)科中知識(shí)設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)系統(tǒng)？請(qǐng)舉例說明，并畫出原理圖。利用MATLAB仿真，與試驗(yàn)中實(shí)測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生原因(七)、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)測波形：名稱參數(shù)理論值實(shí)測值比例環(huán)節(jié)R=R1=K=R/R1=K=Uo/Ui=R=R1=K=R/R1=K=Uo/Ui=慣性步驟R=R1=100kC=T=R*C=T=C=T=R*C=T=積分步驟R1=100KC=T=R1*C=T=C=T=R1*C=T=百分比積分步驟R=R1=200KC=T=R1*C=T=C=T=R1*C=T=百分比微分步驟R3=K=T=百分比積分微分步驟C1=C2=Ti=Td=（八）、各經(jīng)典步驟階躍響應(yīng)曲線：（九）、討論與思索1、寫出各經(jīng)典步驟微分方程（建立數(shù)學(xué)模型）。2、依照所描述各經(jīng)典步驟微分方程，你能否用電學(xué)、力學(xué)、熱力學(xué)和機(jī)械學(xué)等學(xué)科中知識(shí)設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)系統(tǒng)？請(qǐng)舉例說明，并畫出原理圖。3、利用MATLAB仿真，與試驗(yàn)中實(shí)測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生原因。

試驗(yàn)二二階系統(tǒng)性能研究（一）、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：經(jīng)過試驗(yàn)加深了解二階系統(tǒng)性能指標(biāo)同系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系。（二）、試驗(yàn)內(nèi)容：1、二階系統(tǒng)時(shí)域動(dòng)態(tài)性能研究；（三）、試驗(yàn)要求：1、做好預(yù)習(xí)，依照試驗(yàn)原理圖所表示對(duì)應(yīng)參數(shù)，寫出系統(tǒng)開環(huán)，閉環(huán)傳遞函數(shù)。計(jì)算x、wn、tr、ts、tp、s%、等理論值，并繪制單位階躍信號(hào)下輸出響應(yīng)理論波形。2、自己設(shè)計(jì)試驗(yàn)參數(shù)。（四）、試驗(yàn)原理：試驗(yàn)原理及試驗(yàn)設(shè)計(jì)：預(yù)習(xí)內(nèi)容：(1)二階系統(tǒng)時(shí)域試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算：（五）、試驗(yàn)方法與步驟1、依照原理圖結(jié)構(gòu)試驗(yàn)電路。2、測量時(shí)域響應(yīng)波形和數(shù)據(jù)。3、將所測得數(shù)據(jù)填入試驗(yàn)數(shù)據(jù)表中。（六）、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)：輸入電阻R參數(shù)40K增益K2.5自然頻率ωn（計(jì)算值)5阻尼比ξ（計(jì)算值)ξ>1過阻尼ξ=臨界阻尼ξ=1欠阻尼ξ=欠阻尼ξ=0.5欠阻尼ξ=超調(diào)量s%計(jì)算值測量值上升時(shí)間tr計(jì)算值測量值峰值時(shí)間tP計(jì)算值測量值調(diào)整時(shí)間tS計(jì)算值測量值（七）、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)實(shí)測波形：（八）、思索題：在本試驗(yàn)中，系統(tǒng)能否出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，此時(shí)電阻值R取值范圍？在系統(tǒng)不穩(wěn)定情況，你能否經(jīng)過改變其它元器件參數(shù)，使系統(tǒng)變得穩(wěn)定？改哪些參數(shù)？怎樣改？請(qǐng)分別列出，并加以分析。利用MATLAB仿真，與試驗(yàn)中實(shí)測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生原因。

試驗(yàn)三系統(tǒng)時(shí)域分析試驗(yàn)（一）、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：深入掌握二階系統(tǒng)性能指標(biāo)同系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)位置關(guān)系。掌握高階系統(tǒng)性能指標(biāo)估算方法及開環(huán)零、極點(diǎn)同閉環(huán)零、極點(diǎn)關(guān)系。3、能利用根軌跡分析法由開環(huán)零極點(diǎn)位置確定閉環(huán)零極點(diǎn)位置。（二）、試驗(yàn)內(nèi)容：1、利用根軌跡法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析；明確閉環(huán)零、極點(diǎn)分布和系統(tǒng)階躍響應(yīng)定性關(guān)系。（三）、試驗(yàn)要求：1、做好預(yù)習(xí)，依照原理圖所表示對(duì)應(yīng)參數(shù)，計(jì)算理論值并繪制根軌圖，用試探法確定主導(dǎo)極點(diǎn)大致位置。2、用Routh穩(wěn)定判據(jù)，求出系統(tǒng)穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和不穩(wěn)定時(shí)K值范圍和R取值。3、畫出輸入輸出理論波形(單位階躍信號(hào)作用下)。（四）、試驗(yàn)原理：1、根軌跡：當(dāng)K由0→∞改變時(shí)，閉環(huán)特征根在S平面上移動(dòng)軌跡城根軌跡，不但直觀表示了K改變時(shí)間閉環(huán)特征根改變，還給出了參數(shù)時(shí)閉環(huán)特征根在S平面上分布影響。可判定系統(tǒng)穩(wěn)定性，確定系統(tǒng)品質(zhì)。穩(wěn)定性：根軌跡若越過虛軸進(jìn)入s右半平面，與虛軸交點(diǎn)k即為臨界增益。穩(wěn)態(tài)性能：依照坐標(biāo)原點(diǎn)根數(shù)，確定系統(tǒng)型別，同時(shí)能夠確定對(duì)應(yīng)靜態(tài)誤差系數(shù)。預(yù)習(xí)內(nèi)容：(1)三階系統(tǒng)時(shí)域試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算和根軌跡圖：（五）、試驗(yàn)方法與步驟1、依照原理圖結(jié)構(gòu)試驗(yàn)電路。2、測量時(shí)域響應(yīng)波形和對(duì)應(yīng)參數(shù)。3、將所測得數(shù)據(jù)填入試驗(yàn)數(shù)據(jù)表中。（六）、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)：反饋電容C2反饋電容C3穩(wěn)定（衰減振蕩）臨界穩(wěn)定（等幅振蕩）不穩(wěn)定（發(fā)散振蕩1u1u2u2u1u2u（七）、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)實(shí)測波形：（八）、思索題：1、系統(tǒng)性能指標(biāo)不理想時(shí)，怎樣改變系統(tǒng)零、極點(diǎn)位置使系統(tǒng)性能指標(biāo)得到改進(jìn)？在實(shí)際中是否能夠無限制地改變系統(tǒng)零、極點(diǎn)位置？請(qǐng)說明理由。2、在本試驗(yàn)中，系統(tǒng)不穩(wěn)定情況下，不增加零點(diǎn)，而是經(jīng)過改變其它零、極點(diǎn)位置，能否使系統(tǒng)穩(wěn)定？假如能夠，怎樣改變？假如不能，為何？3、利用MATLAB仿真，與試驗(yàn)中實(shí)測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生原因。4、利用MATLAB繪制根軌跡圖。

試驗(yàn)四二階系統(tǒng)性能頻域研究（一）、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：1、經(jīng)過試驗(yàn)加深了解二階系統(tǒng)性能指標(biāo)同系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系。2、掌握系統(tǒng)頻率特征測試方法。3、研究二階系統(tǒng)頻率特征與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能之間關(guān)系。（二）、試驗(yàn)內(nèi)容：二階系統(tǒng)頻域動(dòng)態(tài)性能研究；（三）、試驗(yàn)要求：1、自己設(shè)計(jì)試驗(yàn)參數(shù)。2、依照原理圖所表示對(duì)應(yīng)參數(shù)，計(jì)算理論值MP、ωp、ωB等理論值，并繪制幅頻、相頻和幅相特征圖.（四）、試驗(yàn)原理：試驗(yàn)原理及試驗(yàn)設(shè)計(jì)：預(yù)習(xí)內(nèi)容：(1)、二階系統(tǒng)頻域試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算：（五）、試驗(yàn)方法與步驟1、依照原理圖結(jié)構(gòu)試驗(yàn)電路。2、測量頻域伯德圖和奈奎斯特圖。3、將所測得數(shù)據(jù)填入試驗(yàn)數(shù)據(jù)表中。（六）、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)：輸入電阻R參數(shù)40K增益K2.5自然頻率ωn（計(jì)算值)5阻尼比ξ（計(jì)算值)ξ>1過阻尼ξ=臨界阻尼ξ=1欠阻尼ξ=欠阻尼ξ=0.5欠阻尼ξ=諧振峰值MP計(jì)算值測量值諧振頻率ωp計(jì)算值測量值截止頻率ωc計(jì)算值測量值（七）、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)實(shí)測圖形：（八）、思索題：經(jīng)過試驗(yàn)?zāi)阌泻涡牡皿w會(huì)，發(fā)覺了什么問題，有何改進(jìn)意見？利用MATLAB仿真，與試驗(yàn)中實(shí)測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生原因。利用MATLAB繪制波德圖。

校正試驗(yàn)（一）、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：1、掌握系統(tǒng)校正兩種基本方法原理。2、深入了解開環(huán)零、極點(diǎn)對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)性能影響關(guān)系。3、加深了解串聯(lián)校正（微分、積分、復(fù)合校正）和并聯(lián)校正特點(diǎn)，學(xué)會(huì)正確選擇校正裝置。（二）、試驗(yàn)內(nèi)容：1、對(duì)與一個(gè)不穩(wěn)定系統(tǒng)，分別儲(chǔ)存加入導(dǎo)前網(wǎng)絡(luò)、滯后網(wǎng)絡(luò)、滯后-導(dǎo)前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校正，然后比較其優(yōu)劣性。（三）、試驗(yàn)要求：1、做好預(yù)習(xí)，依照原理圖所表示對(duì)應(yīng)參數(shù)，寫出原系統(tǒng)及校正后開環(huán)傳遞函數(shù)。2、分析討論三種串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)使用場所和優(yōu)缺點(diǎn)。（四）、試驗(yàn)原理：導(dǎo)前網(wǎng)絡(luò)：滯后網(wǎng)絡(luò)：3、滯后-導(dǎo)前網(wǎng)絡(luò)：其中：（五）、試驗(yàn)方法與步驟：依照原理圖結(jié)構(gòu)試驗(yàn)電路（六）、討論與思索比較相角超前校正網(wǎng)絡(luò)