当前位置：文档之家 › 自动控制原理实验报告

自动控制原理实验报告

  • 格式：doc
  • 大小：1019.65 KB
  • 文档页数：16

电子科技大学 自动化工程学院 标 准 实 验 报 告 课程名称： 自动控制原理

学生姓名： 学生学号： 指导教师： 实验项目名称：系统认识与系统测试 一、实验目的： 1、了解旋转式倒立摆系统的系统构成，并掌握其使用方法； 2、 了解随动系统的系统构成，并掌握其使用方法。 3、 了解实验安全及注意事项 4、 了解开环系统的工作状态，掌握闭环系统反馈极性的判别方法及其影响。 5、掌握系统相关数据的测试方法。

二、实验器材： XZ-IIC型实验仪、计算机、自动控制原理实验仪、万用表

三、实验原理： 1、实验原理图:

被测试系统是指：由控制部分，电动机，反馈电位器组成的部分。 2、实验电路图：

自动控制原理实验仪 被测试系 四、实验内容： 1、 测试输入(外部、计算机)信号与输出角度信号之间的关系（曲线）。 2 、测试反馈电位器的输出电压与角度信号之间的关系（曲线）。

五、实验步骤： 1、 将系统接为单位负反馈系统，适当选取K值(约等于3)。 2、 在-5V－+5V范围内 间隔0.5V调整R的输出电压(用万用表监测)，读出对应的输出角度值(可用计算机读出)。 3、 断开系统输入，用手转动电机，在-150°－+150°间每隔10°选取一测试值用万用表监测反馈电位器的输出电压并作好记录。(用计算机监测给定角度)

六、实验数据及处理： (1)、计算机的给定电压与系统输出角度的关系： ○1、实验电压与输出角度记录表：

电压 -4.0 -3.5 -3.0 2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0 角度 电压 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 角度

○2、Matlab拟合给定电压与系统输出角度的关系曲线：

-5V 5V 反馈电位器 被测试系统

自动控制原理实验仪 K

R 横轴：计算机的给定电压 纵轴：系统输出角度 斜率：35.9324 纵轴截距：-0.3294 （2）、系统输出角度与反馈电压间的关系：

○1、系统输出角度与反馈电压间记录表： 角度 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 电压 角度 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 电压 角度 70 80 90 100 110 120 130 140 150 电压

○2、Matlab拟合系统输出角度与反馈电压间的关系曲线： 横轴：系统输出角度 纵轴：反馈电压 斜率： 0.0282 纵轴截距：0.0503-

七、实验结论：

八、总结及心得体会： 九、对本实验过程及方法、手段的改进建议： 实验项目名称： 随动系统的时域特性分析 一、实验目的： 1、了解系统时域分析方法 2、分析并掌握前向增益、反馈增益对系统动态性能的影响，并观察对稳态控制精度的影响。

二、实验仪器： XZ-IIC型实验仪 计算机 (或自动控制原理实验仪、示波器、万用表)

三、实验原理：

H－)1)(1(sTsTsKbamK

输出输入

实验系统方块图 注： 该实验主要研究系统前向增益K与系统反馈增益H的变化，对系统时域指标的影响。由于本系统负载摆杆有一限位挡杆，不能连续转动，不宜做系统开环实验，故只做闭环实验。

四、实验内容： 1）系统前向增益K与系统性能的关系： 系统输入为单位阶跃信号(refi=1)，固定反馈增益H为1，设置不同前向增益K=0.3,0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3，观察并记录其不同的输出响应曲线。并注意观察对稳态控制精度的影响。

2）系统反馈增益H与系统性能的关系： 系统输入为单位阶跃信号(refi=1)，固定前向增益K为1，设置不同反馈增益H=0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3，观察记录其输出响应曲线。并注意观察稳态值及对稳态控制精度的影响。

五、 实验步骤： 1、 首先打开DSP.EXE文件，得到PC操作界面； 2、接着点击菜单项“文件（F）”—“设置（S）”,或者第二个快捷键得到设置对话框“ESP Setting”,选择其运行模式为“控制模式”，点击“OK”按扭； 3、然后点击菜单项“实验（E）”—“2：随动系统的稳定性分析”，随之出现的“随动系统的稳定性分析”参数设置对话框（如图22）中有三个参数可供选择：参考输入REFI、前向增益K和反馈增益H，设置好参数后点击“OK”按扭；

六、实验数据及处理： 1）系统前向增益K与系统性能的关系： ○1H=1，K=0.3

2.3s 44.1 0% 2.3s 44.9 0% 2.3s 44.5 0% ○2H=1，K=0.5

2.8s 41.7 31.9% 2.8s 41.5 32.5% 2.8s 42.1 30.6% ○3H=1，K=1.0

3.3s 38.1 61.8% 3.3s 38.5 60.2% 3.3s 38.4 60.7% ○4H=1，K=1.5

5.0s 34.3 89.5% 5.0s 34.5 88.4% 5.0s 34.9 86.3% ○5H=1，K=2.0 6.5s 35.1 92.3% 6.6s 35.4 93.0% 6.5s 35.7 90.4% ○6H=1，K=2.5

9.6s 36.4 97.7% 9.7s 35.3 99.2% 9.6s 34.8 102.7% ○7H=1，K=3.0

系统不稳定 2）系统反馈增益H与系统性能的关系： ○1K=1，H=0.5

4.5s 61.4 77.9% 4.4s 62.8 74.2% 4.5s 63.7 73.7% ○2K=1，H=1.0

4.2s 37.5 62.5% 4.2s 37.1 63.7% 4.2s 38.1 60.7% ○3K=1，H=1.5 3.9s 26.3 60.3% 3.9s 26.4 59.7% 3.9s 26.3 60.3% ○4K=1，H=2.0

3.6s 19.9 64.8% 3.6s 19.6 67.3% 3.6s 19.6 66.5% ○5K=1，H=2.5

3.3s 15.2 76.3% 3.3s 15.5 72.9% 3.3s 15.2 76.3% ○6K=1，H=3.0

系统不稳定 七、实验结论：

八、总结及心得体会： 九、对本实验过程及方法、手段的改进建议： 实验项目名称：随动系统的频率特性测试及分析 一、实验目的： 1．了解系统频域分析方法；了解系统频域指标与时域指标的关系。 2．掌握系统频率特性的测试方法,进一步理解频率特性的物理意义； 3．根据闭环幅频特性求出被测系统相应的开环传递函数。

二、实验仪器： XZ-IIC型实验仪 计算机(或自动控制原理实验仪、示波器、信号发生器)。

三、实验原理： 系统原理图

－正弦输入输出)1)(1(sTsTs

K

bam

H 实验原理简图

固定反馈增益H为1，由先验知识可以知道，此随动系统具有低通特性，实验时：输入信号采用0.5V正弦信号，频率从0.1到10.0，只要计算输出与输入信号的幅值之比即可。记录输入、输出信号幅值比及相应的频率，然后作出幅频特性图，从而分析其幅频特性。

四、实验内容： 输入0.5V正弦信号，频率从0.1到10.0，记录输入、输出信号幅值比及相应的频率，然后作出幅频特性图，分析其幅频特性。求得其相应的传递函数(等效为二阶系统)。

五、实验步骤： 1、 首先打开DSP.EXE文件，得到PC操作界面； 2 、接着点击菜单项“文件（F）”—“设置（S）”,或者第二个快捷键得到设置对话框“ESP Setting”,选择其运行模式为“控制模式”，点击“OK”按扭； 2、 然后点击菜单项“实验（E）”—“4：随动系统的频率特性及分析”，随之出现的“随动系统的频率特性及分析”参数设置对话框（如图26）中有两个参数可供选择：正弦输入信号的幅值A和角频率w，选择好参数后点击“OK”按扭；

图26

随动系统的频率特性及分析参数设置

4、点击菜单项“文件（F）”—“开始（K）”或者第一个快捷键，开始实验； 5、如需进行多次实验重复上述(3)、(4)步骤即可。

六、 实验数据及处理 1、 输入信号频率与输出角度及其对应输出电压记录表 ω 0.1 0.5 1.0 1.5 2 2.5 3 3.3 3.5 3.7 3.9 4.0 4.05 4.1 φ 12.7 15.3 16.1 18.2 20.4 23.9 27.8 31.4 33.1 37.2 42.3 49 60 139.4 V 0.358 0.432 0.454 0.513 0.575 0.674 0.784 0.886 0.933 1.049 1.193 1.382 1.692 3.931 A 0.716 0.864 0.908 1.026 1.150 1.348 1.568 1.772 1.866 2.098 2.386 2.764 3.384 7.862 ω 4.15 4.2 4.3 4.4 4.45 4.5 4.6 5.0 6.0 6.5 7 8 9 10 φ 135.1 128.5 115.4 107.7 97.6 86.3 74.5 46 20.9 15.2 12.5 10 8.1 6.5 V 3.810 3.624 3.254 3.037 2.752 2.434 2.100 1.297 0.589 0.429 0.353 0.282 0.228 0.183 A 7.620 7.248 6.508 6.074 5.504 4.868 4.200 2.594 1.178 0.858 0.706 0.564 0.456 0.366

注：（1）、由实验一可知，输出电压=0.0282*输出角度 （2）、ω―输入信号角频率 ；φ―输出角度 ； V―输出电压 ；A―输出电压/输入电压。

2、 幅频特性曲线

合集下载

自动控制原理实验报告

自动控制原理实验报告

自动控制原理实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过实际操作，加深对自动控制原理的理解，掌握PID控制器的调节方法，并验证PID控制器的性能。

二、实验原理。

PID控制器是一种常见的控制器，它由比例环节（P）、积分环节（I）和微分环节（D）三部分组成。

比例环节的作用是根据偏差的大小来调节控制量的大小；积分环节的作用是根据偏差的累积值来调节控制量的大小；微分环节的作用是根据偏差的变化率来调节控制量的大小。

PID控制器通过这三个环节的协同作用，可以实现对被控对象的精确控制。

三、实验装置。

本次实验所使用的实验装置包括PID控制器、被控对象、传感器、执行机构等。

四、实验步骤。

1. 将PID控制器与被控对象连接好，并接通电源。

2. 调节PID控制器的参数，使其逐渐接近理想状态。

3. 对被控对象施加不同的输入信号，观察PID控制器对输出信号的调节情况。

4. 根据实验结果，对PID控制器的参数进行调整，以达到最佳控制效果。

五、实验结果与分析。

经过实验，我们发现当PID控制器的比例系数较大时，控制效果会更为迅速，但会引起超调；当积分系数较大时，可以有效消除稳态误差，但会引起响应速度变慢；当微分系数较大时，可以有效抑制超调，但会引起控制系统的抖动。

因此，在实际应用中，需要根据被控对象的特性和控制要求，合理调节PID控制器的参数。

六、实验总结。

通过本次实验，我们深刻理解了PID控制器的工作原理和调节方法，加深了对自动控制原理的认识。

同时，我们也意识到在实际应用中，需要根据具体情况对PID控制器的参数进行调整，以实现最佳的控制效果。

七、实验心得。

本次实验不仅让我们在理论知识的基础上得到了实践锻炼，更重要的是让我们意识到掌握自动控制原理是非常重要的。

只有通过实际操作，我们才能更好地理解和掌握知识，提高自己的实际动手能力和解决问题的能力。

八、参考文献。

[1] 《自动控制原理》，XXX，XXX出版社，2010年。

[2] 《PID控制器调节方法》，XXX，XXX期刊，2008年。

自动控制原理实验报告(一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试等三个实验)

自动控制原理实验报告(一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试等三个实验)

自动控制原理实验报告作者姓名学科专业机械工程及自动化班级学号X X年10月27日实验一一、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、建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、建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、一阶系统阶跃响应性能指标的测试系统的传递函数为:()s()1C s KR s Ts φ=+（）=模拟运算电路如下图:其中21R K R =,2T R C =;在实验中，始终保持21,R R =即1K =，通过调节2R 和C 的不同取值，使得T 的值分别为0.25,0.5,1。

记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中按照经验公式取3s t T=2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试系统传递函数为：令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图：二阶系统的模拟电路图如下：在实验过程中，取22321,1R C R C ==，则442312R R C R ζ==，即4212R C ζ=；在实验当中取123121,1R R R M C C F μ===Ω==，通过调整4R 取不同的值，使得ζ分别为0.25,0.5,1；记录所测得的实验数据以及其性能指标，其中经验公式为3.5%100%,s net σζω=⨯=.四、试验设备：1、HHMN-1型电子模拟机一台。

2、PC机一台。

3、数字万用表一块。

4、导线若干。

五、实验步骤：1、熟悉电子模拟机的使用，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D/A输出端与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。

实验报告-自动控制原理

实验报告-自动控制原理

________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
〖分析பைடு நூலகம்：______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
说明：特征参数为比例增益K和微分时间常数T。
1)R2=R1=100KΩ, C2=0.01µF，C1=1µF；特征参数实际值：K=______，T=________。
波形如下所示：
2)R2=R1=100KΩ, C2=0.01µF，C1=0.1µF；特征参数实际值：K= 1，T=0.01。
波形如下所示：
四、实验心得体会
实验报告
班级
姓名
学号
所属课程
《自动控制原理》
课时
2
实践环节
实验3控制系统的稳定性分析
地点
实字4#318
所需设备
电脑、工具箱
一、实验目的
1.观察系统的不稳定现象。
2.研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响
3.学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。
2、实验步骤
_______________________________________________________________________________
自动控制原理实验报告 (1)

自动控制原理实验报告 (1)

实验1 控制系统典型环节的模拟实验（一）实验目的：1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。

2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。

实验原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。

再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。

实验内容及步骤实验内容：观测比例、惯性和积分环节的阶跃响应曲线。

实验步骤：分别按比例，惯性和积分实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行。

①按各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。

(PID先不接)②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。

③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。

改变比例参数，重新观测结果。

④同理得积分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线。

实验数据实验二控制系统典型环节的模拟实验（二）实验目的1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。

2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。

实验仪器1．自动控制系统实验箱一台2．计算机一台实验原理控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。

再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。

实验内容及步骤内容：观测PI，PD和PID环节的阶跃响应曲线。

步骤：分别按PI，PD和PID实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行①按各典型环节的模拟电路图将线接好。