自控实验报告(原版).docx

自动控制原理实验报告姓 名 : 王洋所在学院 : 电信学院专业班级 : 自动化1002学 号 : 10212049指导老师 : 苗宇日 期 : 2012年12月16日实验一典型环节及其阶跃响应一、实验目的1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。二、实验仪器1 EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台2计算机一台三、实验原理1模拟实验的基本原理：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。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。四、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：1. 比例环节的模拟电路及其传递函数G（S）= -R2/R12. 惯性环节的模拟电路及其传递函数G（S）= K/TS+1K=R2/R1，T=R2C3. 积分环节的模拟电路及传递函数G（S）=-1/TST=RC4. 微分环节的模拟电路及传递函数G（S）= RCS5. 比例+微分环节的模拟电路及传递函数G（S）= K（TS+1）K=R2/R1，T=R2C五、实验波形及数据比例环节惯性环节积分环节微分环节比例加微分六、计算1 惯性环节 取R2=100K，R1=100K，则理论值G（S）=-1.由以上惯性环节的图形得输出为-2000mv,输入为1000mv.g(s)=-2,与理论值相同。2 积分环节取R=50K,C=0.1uf,则理论输出值为G（S）=-0.005S由实验所得图形看出输出为y2=-5s,输入y1=1000.得g(s)=-0.005,与理论值相同。 实验二二阶系统阶跃响应一、实验目的1研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率n 对系统动态性能的影响。定量分析和n 与最大超调量Mp和调节时间tS之间的关系。2学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实验仪器1EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台2计算机一台三、实验原理控制系统模拟实验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。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。四、实验内容典型二阶系统的闭环传递函数为其中和n 对系统的动态品质有决定的影响。构成图2-1 典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：根据二阶系统的模拟电路图，画出二阶系统结构图并写出系统闭环传递函数。把不同和n 条件下测量的Mp和ts值列表，根据测量结果得出相应结论。.画出系统响应曲线，再由ts和Mp计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。五、实验波形及数据R2=100kR2=0kR2=50kR2=200kR2=400kC=0.01u六、实验数据分析1.二阶系统的模拟电路图如下系统闭环传递函数G(S)=G1G2G3/(1+G2G3G4+G1G2G3)（其中G1=10/s,G2=10/s,G3=1,G4=R2/R1）2.不同和n 条件下测量的Mp和ts值R1R2CnMP（mv）TS(ms)100K01f010rad/s-无穷大100K50K1f0.2510rad/s461（46.1%）1203100K100K1f0.510rad/s181（18.1%）646100K200K1f110rad/s0473100K400K1f210rad/s01270100K100K0.1f0.5100rad/s167（16.7%）67由表可知，当为0时系统处于临界阻尼状态，等幅振荡。当在（0，1）之间时系统处于欠阻尼状态，当大于0时系统处于过阻尼状态，超调量为0.相同阻尼比的情况下，通过改变n，可以减小系统的响应时间并减少超调量。3.实际值与理论值的比较（小写为理论值）nMPTS(ms)mpts(ms)010rad/s-无穷大-无穷大0.2510rad/s461（46.1%）120351.4%12000.510rad/s181（18.1%）64616.3%800110rad/s04730-210rad/s012700-0.5100rad/s167（16.7%）6716.3%80又上表可以看出实验值与理论值基本相同实验三 连续系统串联校正一、实验目的1. 加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。2. 对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性。二、实验仪器1EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台2计算机一台三、实验内容1串联超前校正（1）系统模拟电路图如图3-1，图中开关S 断开对应未校情况，接通对应超前校正。（2）系统结构图如图3-2图中2串联滞后校正（1） 模拟电路图如图3-3，开关s 断开对应未校状态，接通对应滞后校正。（2）系统结构图示如图3-4图中3串联超前滞后校正（1） 模拟电路图如图5-5，双刀开关断开对应未校状态，接通对应超前滞后校正。（2） 系统结构图示如图3-6。图中 四、 实验步骤超前校正：1连接被测量典型环节的模拟电路(图 5-1)，开关s 放在断开位置。2系统加入阶跃信号，测量系统阶跃响应，并记录超调量p 和调节时间ts。3开关 s 接通，重复步骤2，并将两次所测的波形进行比较。滞后校正：1. 连接被测量典型环节的模拟电路(图 5-3)，开关s 放在断开位置。系统加入阶跃信号。测量系统阶跃响应，并记录超调量p 和调节时间ts。2. 开关s 接通，重复步骤2，并将两次所测的波形进行比较超前-滞后校正1. 接被测量典型环节的模拟电路(图5-5)。双刀开关放在断开位置。系统加入阶跃信号。测量系统阶跃响应，并记录超调量p 和调节时间ts2双刀开关接通，重复步骤2，并将两次所测的波形进行比较。五、实验波形及数据1.串联超前校正；红为校正后波形2.串联滞后校正；紫为校正后波形3 超前滞后校正；紫为校正后波形六 实验结果分析1 超前校正校正前系统传递函数为G=40/（0.2s*s+s）,校正后系统传递函数为G=（2.2s+40）/(0.01s*s*s+0.25s*s+s)波特图如下通过波特图和系统阶跃响应可以看出超前校正增大系统的相角裕度，改善了系统的稳定性和平稳性。2 滞后校正校正前系统传递函数为G=50/（0.005s*s*s+0.5s*s+s） 校正后系统传递函数为G=（50s+50）/(0.03s*s*s*s+3.005s*s*s+6.5s*s+s)波特图如下通过波特图和系统阶跃响应可以看出滞后校正通过对快速性的限制换取了系统的稳定性。3 滞后-超前校正校正前系统传递函数为G=60/（0.001s*s*s+0.11s*s+s）,校正后系统传递函数为G=60（1.2s+1）(0.15s+1)/(0.001s*s*s+0.11s*s+s）(0.3s*s+6.05s+1)波特图如下通过波特图和系统阶跃响应可以看出滞后-超前校正能够综合超前和滞后校正的优点，全面提高系统的控制性能。实验感想这次自控实验是对我们自控课堂上学到知识的强化和实践，充分让理论联系实际。通过观察图形，我们对典型环节，二阶系统的节约响应和各个系统校正环节有了更进一步的认识。在实验过程中，我们还锻