杭电自动控制原理实验报告.doc

自动控制原理/计算机控制技术实验报告 班级： 姓名： 学号: 3.1.1 典型环节的模拟研究一. 实验目的1 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二实验内容及步骤观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。1)观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数： ； 单位阶跃响应： 实验数据： 当R0=200K R=100K 输入Ui=4V时，实验测得Ui=4.063V U0=1.992V 测量值K=0.49当R0=50K R=200K 输入Ui=1V时，实验测得Ui=3.984V U0=1.992V测量值K=3.92实验报告要求：按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。R0R1输入Ui比例系数K计算值测量值200K100K4V0.50.49200K4V150K100K2V2200K1V43.922)观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-2所示。图3-1-2 典型惯性环节模拟电路传递函数： 单位阶跃响应：实验数据 当R0=200K R1=200K C=1u 输入Ui=4V时，测得Ui=4.063 U0=4.061 T=0.220当R0=50K R1=200K C=1u 输入Ui=1V时，测得Ui=1.016 U0=4.063 T=0.210实验报告要求：按下表改变图3-1-2所示的被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入实验报告。R0R1C输入Ui比例系数K惯性常数T计算值测量值计算值测量值200K200K1u4V110.20.2202u10.450K100K1u2V20.1200K1V43.9990.20.2103)观察积分环节的阶跃响应曲线 典型积分环节模拟电路如图3-1-3所示。图3-1-3 典型积分环节模拟电路传递函数： 单位阶跃响应：实验数据当R0=200K C=1u 输入Ui=1V时，测得Ti=0.210当R0=200K C=1u 输入Ui=1V时，测得Ti=0.210实验报告要求：按下表改变图3-1-3所示的被测系统时间常数，观测结果，填入实验报告。R0C输入Ui积分常数Ti计算值测量值200K1u1V0.20.2102u100K1u0.10.1102u4)观察比例积分环节的阶跃响应曲线 典型比例积分环节模拟电路如图3-1-4所示.。图3-1-4 典型比例积分环节模拟电路传递函数： 单位阶跃响应：当R0=200K R1=200K C=1u Ui=1V时，测得，Ui=1.016 U0=1.016 Ti=0.200当R0=100K R1=200K C=1u Ui=1V时，测得，Ui=1.016 U0=2.031 Ti=0.110实验报告要求：按下表改变图3-1-4所示的被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入实验报告。R0R1C输入Ui比例系数K积分常数Ti计算值测量值计算值测量值200K200K1u1V10.20.2002u1100K1u20.10.1102u23.1.2 二阶系统瞬态响应和稳定性一实验目的1. 了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及型二阶闭环系统的传递函数标准式。2. 研究型二阶闭环系统的结构参数-无阻尼振荡频率n、阻尼比对过渡过程的影响。3. 掌握欠阻尼型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts的计算。4. 观察和分析型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp值，并与理论计算值作比对。二实验内容及步骤1型二阶闭环系统模拟电路见图3-1-7，观察阻尼比对该系统的过渡过程的影响。改变A3单元中输入电阻R来调整系统的开环增益K，从而改变系统的结构参数。2改变被测系统的各项电路参数，计算和测量被测对象的临界阻尼的增益K，填入实验报告。3改变被测系统的各项电路参数，计算和测量被测对象的超调量Mp，峰值时间tp，填入实验报告，並画出阶跃响应曲线。图3-1-7 型二阶闭环系统模拟电路积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=1S 惯性环节（A3单元）的惯性时间常数 T=R2*C2=0.1S阻尼比和开环增益K的关系式为：临界阻尼响应：=1，K=2.5，R=40k 欠阻尼响应：01，设R=70k，K=1.43=1.321 当K（A3）=25 T（A3）=0.1 Ti=1 测得C（tp）=4.063 C(无穷大)=3.086 tp=0.210当K（A3）=20 T（A3）=0.1 Ti=0.5 测得C（tp）=4.492 C(无穷大)=3.047 tp=0.160当K（A3）=20 T（A3）=0.1 Ti=0.2 测得C（tp）=4.766 C(无穷大)=3.047 tp=0.090三实验报告要求：画出跃响应曲线，测量超调量Mp，峰值时间tp填入实验报告。（计算值实验前必须计算出）增益K（A3）惯性常数T（A3）积分常数Ti（A2）自然频率n计算值阻尼比计算值超调量Mp(%)峰值时间tP计算值测量值计算值测量值250.1115.810.3160.357/0.3460.209/0.2100.20.3200.10.5200.250.444/0.4360.162/0.1600.231.620.1580.605/0.6000.100/0.09403.2 线性控制系统的频域分析3.2.1 频率特性测试一实验目的1了解线性系统频率特性的基本概念。2了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）的构造及绘制方法。二实验内容及步骤被测系统是一阶惯性的模拟电路图见图3-2-1，观测被测系统的幅频特性和相频特性，填入实验报告，並在对数座标纸上画出幅频特性和相频特性曲线。本实验将正弦波发生器（B4）单元的正弦波加于被测系统的输入端，用虚拟示波器观测被测系统的幅频特性和相频特性，了解各种正弦波输入频率的被测系统的幅频特性和相频特性。图3-2-1 被测系统的模拟电路图实验数据三实验报告要求：按下表改变实验被测系统正弦波输入频率：（输入振幅为2V）。观测幅频特性和相频特性，填入实验报告。並画出幅频特性、相频特性曲线。输入频率Hz幅频特性相频特性计算值测量值计算值测量值0.515.9525.72-7.1627度1.65.8485.69-11.3611度3.24.54.8164.56-29.4831度6.482.987.3.04-45.1548度9.612.50.6210.89-57.5163度3.3 线性系统的校正与状态反馈控制系统的校正与状态反馈就是在被控对象已确定，在给定性能指标的前提下，要求设计者选择控制器（校正网络）的结构和参数，使控制器和被控对象组成一个性能满足指标要求的系统。4）、串联超前校正后系统的频域特性的测试串联超前校正后系统频域特性测试的模拟电路图见图3-3-5。实