北邮自动控制实验报告

1、自动控制自动控制原理实验学院： 自动化学院 专业： 自动化专业 班级： 2011211410 姓名： 杨志康 学号： 2011211954 2013年1月1日实验名称：典型环节及其阶跃响应1、 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

2、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。 2时域性能指标的测量方法：超调量%：用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：峰值时间Tp与调节时间Ts：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到Tp与Ts。(1) 当参数R1=R2=100K, C=1uf，K=1，T=0.1s阶跃响应曲线如下,Ts理论实测值如下表格：Ts理论值（ms）Ts实测值（ms）比例环节00惯性环节1011积分环节500545微分环节350

3、354比例+微分环节3036比例+积分环节870875比例环节惯性环节积分环节微分环节比例+微分环节比例+积分环节(2) 当参数R1=100K，R2=200K, C=1uf，K=2，T=0.2s阶跃响应曲线如下,Ts理论实测值如下表格：Ts理论值（ms）Ts实测值（ms）比例环节00惯性环节1011积分环节3035微分环节4044比例+微分环节2021比例+积分环节420425比例环节惯性环节积分环节微分环节比例+微分环节比例+积分环节 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

4、的关系。2进一步学习实验系统的使用方法。3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。2 时域性能指标的测量方法：超调量%：用软件上的游标测量响应曲

5、线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：峰值时间TP 与调节时间TS：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到TP与TS。阶跃响应曲线和所求系统指标如下：s%tp（ms）ts（ms）阶跃响应曲线R =100KC =1fn=10rad/sR1=100KR2=0K =05131无R1=100KR2=50K=0.25203053R1=100KR2=100K=0.5213142R1=100KR2=200K=1无无40R1=100KC1=C2=0.1fn=100rad/sR1= 100KR2=100K=0.5192950R1=100KR2=200K=1无无

6、40实验三控制系统的稳定性分析一、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。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、实验内容四、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1 接A/D、D/A 卡的DA1 输出，电路的输出U2 接A/D、D/A 卡的AD1 输入，将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。2.启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。3.检查USB 线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信。4

7、.将实验结果添入下表中（1）当 R2=100KWR=100KWC=1uf，T=0.1S 时： 参数系统响应曲线R3=50K，K1=0.5，K=5R3=100K，K1=1,K=10R3=200K，K1=2,K=20（2）当 R2=100KWR=100KWC=0.1uf，T=0.01S 时：R3=50K，K1=0.5，K=5R3=100K，K1=1,K=10R3=200K，K1=2,K=20 实验四 系统频率特性测量一、实验目的1加深了解系统及元件频率特性的物理概念。2掌握系统及元件频率特性的测量方法。3掌握利用“李沙育图形法”测量系统频率特性的方法。二、实验仪器1.EL-AT-III型自动控制系

8、统实验箱一台。2.计算机一台。三、实验原理频率特性的测量方法：1. 将正弦信号发生器、被测系统和数据采集卡按图连接起来。2. 通过AD/DA卡产生不同频率和幅值的正弦信号，并输入到被测系统中。2. 3. AD/DA卡采集被测系统的输出信号，并显示在计算机屏幕上。通过比较输入信号和输出信号的不同，可以得到系统的频率响应特性。四、实验内容1.模拟电路图及系统结构图。2系统传递函数取R3=500k，则系统传递函数为若输入信号,则在稳态时，其输出信号为改变输入信号角频率值，便可测得U2/U1和随变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。F(Hz)(rad/s)理论值实测值L（）（）2Xm2

9、yo2YmL()()李沙育图形120.634-7.769199234921250.640-7见下图242.747-20.1702000100827273.000-20见下图3.67.27.110-85.7342006422842717.000-90见下图510-1.282-146.444198510091990-1.300-147见下图F=1HzF=2HzF=3.6HzF=5HzF=10Hz画出被测系统的开环L （）曲线与（）曲线。F=1F=2F=3.6F=5画出波特图F=1F=2F=3.6F=5李沙育图形法测量实验的精度：用“李沙育图形”测量频率特性的精度从上面的分析处理上也可以看出是比较高

10、的，但是在实验结果和理论的结果之间还是存在一定的差距，分析可知这些误差主要来自于从“李沙育图形”上读取数据的时候存在的误差，也可能是计算机精度方面的误差。实验五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5-1，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5-2校正前校正后阶跃响应曲线超调量（%）67.170峰值时间（ms）0.286无调节时间（ms）

11、2.0120.0822串联滞后校正（1） 模拟电路图如图5-3，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5-4校正前校正后阶跃响应曲线超调量（%）81.626.19峰值时间（ms）4.142.89调节时间（ms）140.945.243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5-6。校正前校正后阶跃响应曲线超调量（%）78.6929.83峰值时间（ms）0.290.358调节时间（ms）3.0840.668四、总结串联校正的特点可归纳如下。（1）串联超前校正主要是对未校正系统在中频段的频率特性进

12、行校正。确保校正后系统中频段斜率等于20dB/dec，使系统具有4560的相角裕量。（2）超前校正可以加快系统的反应速度。中看到，由于采用了串联超前校正，使系统截止频率增大了。这就说明了超前校正在提高系统反应速度方面有较好的效果。但在设计系统时，还必须全面地看待系统的频带宽度扩展这个问题，加大系统的带宽固然可以使系统反应速度加快，但同时它也削弱了系统抗干扰的能力。因此，当系统输入信号中夹杂着较强的干扰时，对系统带宽的选择就不能仅从提高快速响应反面来考虑，还必须兼顾到系统抑制干扰的能力。（3）串联超前校正的使用范围如果在未校正系统的截止频率附近，相频特性的变化率很大，即相角减小得很快，则采用单级串联校正效果将不大，这是因为随着校正后的截止频率向高频段的移动，相角在附近将减小得很快，于是在新的截止频率上便很难得到足够大的相裕量。在工程实践中一般不希望a值很大，当a20时，如果需要60以上的超前相角时，可以考虑采用两个或两个以上的串联超前校正网络由隔离放大器串联在一起使用。在这种情况下，串联超前校正提供的总超前相角等于各单独超前校正网络提供的超前相角之和。（4）在相对稳定性不变的情况下，系统的稳态精度提高了。（5）系统的增益剪切频率Wc下