北航自动控制实验报告

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自动控制原理

实验报告

2013年12月7日

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学号：

姓名：

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-可编辑修改- 目 录

实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 ............................... 3

一、实验目的 .......................................................................................... 3

二、实验内容 .......................................................................................... 3

三、实验原理 .......................................................................................... 3

四、实验设备 .......................................................................................... 5

五、实验步骤 .......................................................................................... 5

六、实验结果 .......................................................................................... 5

七、实验结论 ........................................................................................ 10

实验二 频率响应测试 .................................................................................. 11

一、 实验目的 ...................................................................................... 11

二、 实验内容 ...................................................................................... 11

三、实验原理 ........................................................................................ 12

四、实验设备 ........................................................................................ 12

五、实验步骤 ........................................................................................ 12

六、数据记录 ........................................................................................ 13

七、数据处理 ........................................................................................ 16

八、误差分析和实验结论 ...................................................................... 17

九、实验结论 ........................................................................................ 17

实验三 控制系统串联校正 ........................................................................... 18

一、实验目的 ........................................................................................ 18

二、实验内容 ........................................................................................ 18 。

-可编辑修改- 三、实验设备 ........................................................................................ 18

四、实验步骤 ........................................................................................ 18

五、设计过程 ........................................................................................ 19

六、数据记录 ........................................................................................ 20

七、数据分析 ........................................................................................ 24 。

-可编辑修改- 实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试

一、实验目的

1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。

2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。

3.学习阶跃响应的测试方法。

二、实验内容

1.立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。

2.立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。

三、实验原理

1．一阶系统：

系统传递函数为：

模拟运算电路如图1-1所示：

图1-1

由图得： 。

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在实验当中始终取 , 则 ,

取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。

记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。（取 误差带）

2．二阶系统:

其传递函数为：

＝

令 ，则系统结构如图1-２所示：

图1-2

根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-３所示：

图1-3

取 ， ，则

及

取不同的值 , , ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取 误差带） ,计算过渡过程时间Ts。 。

-可编辑修改- 四、实验设备

1.HHMN-1型电子模拟机一台。

2.PC 机一台。

3.数字式万用表一块。

4.导线若干。

五、实验步骤

1. 熟悉 HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成 比例 器，通电调零。

2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容 的取 值，按 照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。

3. 将 与系统输入端 连接，将 与系统输出端 连接 。 线路接好后，经教师检查后再通电。

4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线。

5. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数 据表格，完成实验报告。

六、实验结果

1.一阶系统

T 0.25 0.5 1

250 500 1000

1 1 1 。

-可编辑修改- 实测值/s

0.73 1.53 3.02

理论值/s 0.75 1.50 3.00

T = 0.25:

T = 0.5: 。

-可编辑修改- T = 1.0:

2.二阶系统 。

-可编辑修改- 0.25 0.5

1.0

2000 1000 500

1 1 1

实测 34.09% 16.64% 0

理论 44.43% 16.30% 0

实测值/s 9.26 5.98 5.17

理论值/s 14 7 3.5

T = 0.25

。

-可编辑修改- T = 0.5

。

-可编辑修改- T = 1

七、实验结论

1、 误差分析：选择电阻时没有合适的阻值，就直接用510欧电阻代替500欧，或者用电位计，阻值上的误差是实验数据误差的主要来源。另外储能元件放电不够充分也有可能引起误差。

2、 结论：由电阻、运放、电容组成的模拟运算电路可以构建常见的一阶二阶系统模型；一阶系统随时间常数T增大，调节时间增大，快速性越差；二阶系统，在固有频率不变的条件下，随阻尼比的增大，调节时间减小，快速性提高，欠阻尼系统有超调量。