北京交通大学自动控制原理实验报告.docx

电气工程学院自动控制原理实验报告一、典型线性环节的研究实验报告一、实验目的： 学习典型线性环节的模拟方法； 研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。二、实验预习： 自行设计典型环节电路。 选择好必要的参数值，计算出相应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。典型线性环节的电路图设计如下： A、比例环节： 传递函数如下：，则：B、积分环节：传递函数如下： ， 其中， C、比例积分环节：传递函数如下： ， 其中D、比例微分环节：传递函数如下： ，其中E、比例微分积分环节：，F、一阶惯性环节：1-15 惯性环节传递函数如下： ， 其中，三、实验仪器与设备：计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。四、实验内容：(1)比例环节图中，分别求取；时的阶跃响应。(2) 积分环节图中，分别求；时的阶跃响应曲线。(3) 比例积分环节图中，分别求取；时的阶跃响应曲线。(4) 比例微分环节图中，其中。分别求取；时的阶跃响应曲线。(5) 比例微分积分环节图中，求取，时的阶跃响应曲线。(6) 一阶惯性环节图中，分别求取，时的阶跃响应曲线。五、实验步骤:六、实验数据及分析:1、比例环节:（1）时阶跃响应如下图：（2）时阶跃响应如下图：（3）时阶跃响应如下图：2、积分环节：（1）时阶跃响应如下图：（2）时阶跃响应如下图：（3）时阶跃响应如下图：3、比例积分环节：（1）时：（2）时：（3）时：4、比例微分环节， （1）时：（2）时：（3）(5) 比例微分积分环节：，时的阶跃响应曲线如下：(6) 一阶惯性环节：，（1）时：（2）时：（3）时：二、二阶系统阶跃响应和线性系统的稳定性一、实验目的： 学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法； 研究二阶系统两个重要参数对阶跃瞬态响应指标的影响； 研究线性系统的开环比例系数K对稳定性的影响； 研究线性系统的时间常数T对稳定性的影响。二、实验预习： 自行设计二阶系统电路。 选择好必要的参数值，计算出相应的阶跃响应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。二阶系统的电路图设计如下： 闭环传递函数如下： ， （T是时间常数）。三阶系统的电路图设计如下：三、实验仪器与设备：计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。四、实验内容：1、二阶系统的电路图设计如下： 闭环传递函数如下： ， （T是时间常数）。各运算放大器运算功能：OP1，积分，；OP2，积分，；OP9，反相，（-1）；OP6，反相比例，。可以得到：2、三阶系统的电路图设计如下：五、实验步骤:1、二阶系统的稳定性分析： 调整，使，取，使T=0.47s，加入单位阶跃扰动，记录响应曲线，记作1。 保持不变，单位阶跃扰动不变，取，使T=1.47s，记录响应曲线，记作2。 保持不变，单位阶跃扰动不变，取，,使T=1.0s，记录响应曲线，记作3。 保持不变，单位阶跃扰动不变，取，使k=0.8，记录响应曲线，记作4。 保持不变，单位阶跃扰动不变，取，使k=2.0，记录响应曲线，记作5。2、三阶系统的稳定性分析： 求取系统的临界开环比例系数KC,其中：Cf1=Cf2=Cf3=0.47u；Ri3=1M。实验求取方法：先将电位器WR置于最大（470K）；加入r=0.5V的阶跃扰动；调整WR使系统输出c(t)呈等幅振荡。（t=5s/cm,y=0.5V/cm）；保持WR不变，断开反馈线，维持r=0.5V的扰动，测取系统输出电压Uc,则。 系统的开环比例系数K对稳定性的影响1. 适当调整WR，观察K增大、减小时，系统的响应曲线；2. 记录当K=0.5Kc时的系统响应曲线（t=5s/cm,y=100mV/cm）；3. 记录当K=1.25Kc时的系统响应曲线（t=5s/cm,y=0.5V/cm）。六、实验数据及分析:1、二阶系统的稳定性分析：（1），使，取，使T=0.47s，加入单位阶跃扰动，响应曲线如下图：（2）保持不变，单位阶跃扰动不变，取，使T=1.47s，响应曲线如下图：（3）保持不变，单位阶跃扰动不变，取，,使T=1.0s，响应曲线如下图：（4） 保持不变，单位阶跃扰动不变，取，使k=0.8，响应曲线如下图：（5）保持不变，单位阶跃扰动不变，取，使k=2.0，响应曲线如下图：2、三阶系统的稳定性分析：，。求取系统的临界开环比例系数KC,其中：Cf1=Cf2=Cf3=0.47u；Ri3=1M。实验求取方法：先将电位器WR置于最大（47