自动控制原理实验报告.docx

1 自动控制原理实验报告实验一 一、二阶系统的电子模拟及 时域响应的动态测试.（一）一阶系统1、系统传递函数为： 2、模拟运算电路如图1所示：图 1由图1得 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C 3、取不同的时间常数T（ 0.25、 0.5、1）时电阻与电容的参数如表1所示： 表1T0.250.51R2250K0.5M1MC1F1F1FTs实测0.75961.43093.1035Ts理论0.751.534、不同T取值下的阶跃响应曲线如下：图 2 T=0.25时的阶跃响应曲线图 3 T=0.5时的阶跃响应曲线图4 T=1时的阶跃响应曲线（二）二阶系统1、其传递函数为：2、令n=1弧度/秒，建立的二阶系统模拟线路如图5所示：图 5取，则3、取不同的值=0.25 , =0.5 , =1 时的电阻与电容值及实验结果如下表： 表 20.250.51.0R42M1M0.5MC21F1F1F%实测39.374115.67360%理论44.43%16.3%0Ts实测10.5826s6.5714s4.3035sTs理论14s7s3s4、不同时的阶跃响应曲线如下：图 6 =0.25时的阶跃响应曲线图 7 =0.5时的阶跃响应曲线图 8 =1时的阶跃响应曲线（三）实验总结1、 误差分析：主要是电阻值与电容值的不精确，以至于实际构建的系统模型与所需的传递函数有偏差。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。实验二 频率响应测试（一）系统模拟电路图及系统结构图如下所示：图 9其中，个电阻与电容的参数为：R1=100K， R2=100 K， C1=1F， R3=1 M， R4=1M， C2=0.1F。图 10（二）系统理论传递函数为：取R=100K，则 取R=200K，则 （三）若正弦输入信号为Ui(t)=A1Sin(t),则当输出达到稳态时，不同R取值及不同频率 时的实验结果如下表所示： 表格 3R=100K12345678910f/Hz0.320.640.951.271.501.601.912.232.552.86/(rad/s)24689.61012141618Ac/Ar1.0421.0911.1491.1481.0120.9440.9210.9150.9050.909Ym/Y04.152.311.201.121.001.041.071.122.344.25/()13.6527.1347.5572.4690.0298.73112.09115.82154.37166.26R=200K12345678910f/Hz0.320.640.951.271.601.912.072.152.232.39/(rad/s)246810121313.513.815Ac/Ar1.0201.1111.1851.2871.4411.5211.4911.4551.3971.281Ym/Y08.6854.6242.7391.8611.2861.0511.0211.0151.0001.055/()6.5112.6021.3432.6450.8372.6777.9381.0790.00108.29（四）实验图形与结果处理： 1、R=100K时，相位差为-90时的输入输出波形与李萨如图形如下：图 11 R=100K时的输入输出波形图 12 R=100K时的李萨如图形 2、R=200K时，相位差为-90时的输入输出波形及李萨如图形如下：图 13 R=200K时的输入输出波形图 5 R=200K时的李萨如图形3、 由相位差为-90时的参数求的实验实际的二阶系统参数及传递函数为：（1） R=100K时， n=9.6rad/s , = Ar /(2 *Ac)=0.494 故传递函数为： s=92.16s2+9.48s+92.16（2） R=200K时， n=13.8rad/s , = Ar /(2 *Ac)=0.358 故传递函数为：s=190.44s2+9.88s+190.444、 误差分析与实验结论：（1） 误差分析：主要是由于电阻、电容的参数值不精确，由于滑动变阻器的阻值的不精确，因此造成传递函数参数的误差，但实际值与理论值的误差在可接受的范围内；（2） 实验结论：在实物搭建的模拟运算模型中，用电阻、电容、运算放大器组成的电路系统，与理论的系统的频率响应结果一致，验证了系统频率响应的正确性。实验三.控制系统串联校正（一） 系统结构如图16所示：图 15其中 Gc (s)为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。（二） 系统模拟电路如图 17 所示：图 16其中，各电阻电容的参数值为：R2/R1=1,R3C1=1,R5/R4=4,R5C2=1（三） 校正的处理方法：未加校正时加串联超前校正时加串联滞后校正时（四） 实验数据记录处理与结果1、 不同校正条件下的阶跃响应曲线：图 172、 不同校正条件下的伯德图：未加校正的伯德图：相角裕值=28，截止频率c=1.88rad/s 加入串联超前校正的伯德图：相角裕值=47.4，截止频率c=2.38rad/s加入串联滞后校正的伯德图：相角裕值=52.8，截止频率c=0.449rad/s（五） 实验分析与结论1、 从阶跃响应曲线中可以看到，超前校正可以提高系统的快速性，改善系统的动态性能；2、 从频率响应伯德图可以看到，两种校正方式都增大了相角裕度，提高了系统的相对稳定性；3、 搭建的实物模拟运算电路系统与理论系统的实验结果一致，验证了校正环节对于系统性能的影响。附：实验体会与建议在这次自动控制原理实验中，还是收获颇多的，最主要的就是能够以实物的形式，将理论知识中的传递函数，系统构建出来