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自动控制原理实验报告四

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自动控制原理实验报告

实验时间：201Ｘ年Ｘ 月Ｘ 日 地点：ＸＸＸＸ

实验报告人（签名）：倪马 同组实验人（签名）：

1 实验名称：线性系统的频域分析

2 实验目的：

(1)掌握二阶开环系统的对数频率特性、幅相频率特性、实频特性和虚频特性；

(2)掌握欠阻尼二阶闭环系统中的自然频率、阻尼比对开环参数幅值穿越频率、相位裕度的影响，以及幅值穿越频率和相位裕度的计算；

(3)掌握二阶开环系统对数频率特性曲线和幅相频率特性曲线的特点及绘制方法。

3 实验内容：

（1）根据实验讲义上模拟电路图和接线要求，在LabACTn自控／计控原理实验机的对应接口上连接好线路；

（2）根据实验讲义的具体要求进行“运行”操作，并观察实验曲线，根据曲线计算对应参数——一阶惯性环节的转折频率、二阶闭环系统的谐振频率r&谐振峰值)(rL，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图。

4 实验步骤

4.1 实验操作

4.1.1 一阶惯性环节的频率特性曲线

惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-1，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及频率特性曲线，並计算和测量其转折频率，填入实验报告。

一阶惯性环节的转折频率：T/1

图3-2-1 惯性环节的频率特性测试电路

图3-2-1电路的增益K=1，惯性时间常数 T=0.1，转折频率：s/1rad.0/1T

实验内容及步骤 （1）构造模拟电路：按图3-2-1安置短路套及插孔连线。

（2）运行、观察、记录：

① 选择系统的频域分析／一阶惯性环节频率特性曲线，将弹出频率特性扫描点设置表，用户可在„频率特性扫描点‟设置表中根据需要填入各个扫描点角频率，设置完后，点击《确认》后，将弹出„频率特性曲线‟实验界面，点击《开始》，即可按表中规定的角频率值，按序自动产生多种频率信号，画出频率特性曲线。

② 测试结束后（约五分钟），将显示被测系统的对数幅频、相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特图），界面“显示选择”选择了“伯德图”。

③ 在频率特性曲线界面上移动各标尺测量出一阶惯性环节的转折频率。

4.1.2 二阶开环系统的频率特性曲线

频率特性测试电路如图3-2-2所示，其中惯性环节（A3单元）的R用元件库A11中可变电阻取代。

图3-2-2 二阶闭环系统频率特性测试电路

图3-2-2二阶闭环系统模拟电路的环节参数：积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=1秒，

惯性环节（A3单元）的惯性时间常数 T=R3*C2=0.1秒，开环增益K=R3/R。设开环增益K=25（R=4K），

1．被测系统模拟电路图的构成如图3-2-2所示（同二阶闭环系统频率特性测试构成），测试其幅值穿越频率c、相位裕度。

2．改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及开环频率特性曲线，並计算和测量其幅值穿越频率c、相位裕度，填入实验报告。

实验内容及步骤

（1）构造模拟电路：安置短路套及插孔连线表同笫3.2.2 节《二阶闭环系统的频率特性曲线测试》。

（2）运行、观察、记录：

① 选择系统的频域分析／二阶开环系统频率特性曲线，将弹出频率特性扫描点设置表，用户可在设置表中根据需要填入各个扫描点角频率，设置完后，点击《确认》后，将弹出„频率特性曲线‟实验界面，点击《开始》，即可按表中规定的角频率值，按序自动产生多种频率信号，画出频率特性曲线。

② 测试结束后（约五分钟），将显示被测系统的对数幅频、相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特图），界面“显示选择”选择了“开环-伯德图”和“奈氏图”。

③ 幅频穿越频率C ，相位裕度γ的测试

在开环对数幅频曲线中，移动L标尺和标尺到曲线0)(L处，可读出幅频穿越频率C。

④ 穿越频率C自动搜索

点击搜索穿越频率键，将自动搜索并补充搜索过的点，直到搜索到谐振频率，自动停止搜索，该点测试成功后，在特性曲线上将出现„黄色’的点，即谐振频率C，同时在界面右侧显示该系统的穿越频率角频率点，及该点的L、、Im、Re。界面“显示选择”选择了“开环-伯德图”。

由于本实验机所用的电容误差较大，因此其实验结果的计算值进行比对有误差。。

注：搜索时，请确保谐振峰值的两侧各有已测的测试点！

⑤ 在开环幅相特性曲线上测量相位裕度γ

在开环幅相特性界面区域内点击一下，则会出现相位裕度的标尺，然后拖动该标尺使之与单位圆与系统奈奎斯特曲线交点相交，标尺与负实轴的夹角，即为系统的开环相位裕度γ，界面“显示选择”选择了“开环-伯德图”。

4.2 实验现象

4.2.1 一阶惯性环节的频率特性曲线

（1）R2=50K，C=1μ时

（2）R2=100K，C=1μ时

（3）R2=100K，C=2μ时

4.2.2 二阶开环系统的频率特性曲线

（4）C1=2μ，R2=100K，R=4K时，其它条件如原电路图不变。

（5）C1=1μ，R2=100K，R=4K时，其它条件如原电路图不变。

（6）C1=2μ，R2=200K，R=4K时，其它条件如原电路图不变。

（7）C1=2μ，R2=50K，R=4K时，其它条件如原电路图不变。

（8）C1=2μ，R2=100K，R=10K时，其它条件如原电路图不变。

4.3 实验结果及其分析

4.3.1 一阶惯性环节的频率特性曲线

（1）电路图及公式

电路的增益K=1，惯性时间常数 T=0.1，转折频率：s/1rad.0/1T

（2）测量值

R2 C 惯性时间常数T 转折频率ω=1/T

实测值 计算值 误差 50K 1μ 0.05s 19.26 20

3.7%

100K 1μ 0.1s 9.84 10

1.6%

100K 2μ 0.2s 4.98 5

0.4%

4.3.2 二阶开环系统的频率特性曲线

（1）电路图及公式

图3-2-2二阶闭环系统模拟电路的环节参数：积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=1秒，

惯性环节（A3单元）的惯性时间常数 T=R3*C2=0.1秒，开环增益K=R3/R。设开环增益K=25（R=4K）。

（2）测量及计算值

根据公式422arctan142，42142cn求出γ及ωc的计算值。（其中12iTKT）

R1=500K，C2=1μ。

C1 R2 R K=

R2/R Ti=R1*C1 T=R2*C2  ωn

2μ 100K 4K 25 1s 0.1s 0.32 15.81

1μ 100K 4K 25 0.5s 0.1s 0.22 22.36

2μ 200K 4K 25 1s 0.2s 0.22 11.18

2μ 50K 4K 25 1s 0.05s 0.45 22.36

2μ 100K 10K 10 1s 0.1s 0.50

10

ωc γ

计算值 实测值 误差 计算值 实测值 误差

14.28 13.88 2.8% 35.32 34.3 2.89%

21.31 20.01 6.1% 24.79 27.7 11.74%

10.65 14.94 40.28% 24.79 17.6 29%

18.36 10.43 43.19% 47.63 61.3 28.7%

12.43 7.50 39.66% 51.83 50.4 2.76%

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自动控制原理实验报告

自动控制原理实验报告

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资料

自控实验报告

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资料

目录

实验一 典型环节及其阶跃响应 ........................................ 1

一、实验目的 ....................................................... 1

二、实验仪器 ....................................................... 1

三、实验原理 ....................................................... 1

四、实验内容 ....................................................... 1

五、实验步骤 ....................................................... 2

六、实验结果 ....................................................... 3

七、实验分析 ....................................................... 6

实验二 二阶系统阶跃响应 ............................................ 7

一、实验目的 ....................................................... 7

二、实验仪器 ....................................................... 7

三、实验原理 ....................................................... 7

四、实验内容 ....................................................... 8

自动控制原理软件实验报告

自动控制原理软件实验报告

《自动控制原理》MATLAB分析与设计

仿真实验报告

院系： 物理电子工程

班级：

姓名：

学号：

时间： 年 月

实验一 控制系统数学模型在matlab中的描绘方

一、实验目的

1.熟悉Matlab的基本操作；

2.掌握线性系统模型在Matlab中的描述方法；

3.掌握在Matlab中线性系统模型之间的转换方法；

4.初步熟悉Simulink仿真的基本方法。

二、实验内容

1、已知闭环系统的传递函数为：23221()6116ssGssss。要求：利用Matlab软件中的函数，（1）把G(s)写成零、极点形式；（2）把G(s)写成部分分式的形式；（3）当采样周期为1s时，求出离散后的模型。

解：程序如下

disp('系统的传递函数为：')

num=[1,2,2];

den=[1,6,11,6];

G=tf(num,den)

[z,p,k]=tf2zp(num,den);

disp('转换为零极点形式为：')

G1=zpk(z,p,k)

disp('转换为部分分式形式的参数为：')

[r,p,k]=residue(num,den)

disp('离散后模型后为：')

Gd=c2d(G,1

运行结果如下:

(1)转换为零极点形式为：

G1 = (s^2 + 2s + 2)

-----------------

(s+3) (s+2) (s+1)

(2)转换为部分分式形式的参数为：

r = 2.5000 p =-3.0000 k = []

-2.0000 -2.0000

0.5000 -1.0000

(3)离散模型后模型为：

Gd = 0.2432 z^2 - 0.09584 z + 0.02572

自动控制理论实验报告

自动控制理论实验报告

自动控制原理实验报告

学院：控制科学与工程学院

班级：自动化C095

姓名：薄俊杰 赵晓龙

学号：096312 096326

- 1 -

一、 实验目的

用MATLAB进行线性系统时域分析，绘制根轨迹、系统的伯德图，计算系统的相角裕度和增益裕度，绘制系统的闭环频率特性并在此基础上对系统进行附加零、极点前后性能分析。

二、相关函数

(1)惯性环节的传递函数：11)(TssG T=0.2 0.5 1

(2)二阶系统的传递函数：

2222)(nnnsssG

 n=1 ζ=0.1 0.5 0.9 1.3

ζ=0.65 n=2 4 6 8 10 12

(3)连续系统的开环传递函数：32)152()()(2221ssssKsHsG

(4)系统的开环传递函数：)153()134()()(221sssssKsHsG

(5)二阶系统的传递函数：12.01)s(2ssG

(6)32152)s(22ssssG

(7)开环传递函数：14.01)(2sssG

(8)设有单位负反馈、Ι型系统的对数传递函数为：ssssGO455)(23

现在系统中附加一个零点和一个极点，其传递函数为：)95.4()2.1(94.5)(sssG

（9）有串联纯滞后环节系统的开环传递函数为：TsessG12)(

三、实验内容 - 2 - ⑴绘制时间常数T=0.2S,0.5S,1S时惯性环节的单位阶跃响应曲线族。

T=[0.2,0.5,1];

figure(1)

hold on

for T1=T

num=[0,1];

den=[T1,1];

step(num,den)

end

⑵二阶传递函数用时域分析模块中的函数分析无阻尼自然振荡角频率n、阻尼比ζ对系统暂态响应性能的影响

自动控制原理实验报告 2

自动控制原理实验报告 2

自动控制原理实验报告

班级 自动化1204

姓名 焦 雍 堡

学号 12212153

组员 黄 寅 峰

学号： 12212124

任课老师 苗 宇

实验一 经典环节及其阶跃响应

1.各个环节的模拟电路图及其阶跃响应曲线

（1）比例环节

（2）惯性环节

（3）积分环节

（4）微分环节

（5）比例微分环节

2.由阶跃响应曲线计算出传递函数

（1）惯性环节

K=R2/R1=200K/100K=2 T=R2C=0.2

G(S)=-2/(0.2S+1)

由图可得，输入1000mv的阶跃信号，输出信号稳定在-2000mv

与理论值相符。

（2）积分环节

T=RC=0.1

G(S)=1/TS=10/s 由图可得，R(S)=100/S,C(S)=1000/2S,与理论值相符。

实验二 二阶系统阶跃响应

1.画出二阶系统的模拟电路图，讨论经典二阶系统性能指标与，n的关系。

(1)R2=0，=0，n=10 rad/s

(2)R2=50K,=0.25，n=10 rad/s

(3)R2=100K,=0.5，n=10 rad/s

(4)R2=150K,=0.75，n=10 rad/s

(5)R2=200K,=1，n=10 rad/s

(6)R2=400K,=2，n=10 rad/s

(7)=0.5，n=100 rad/s