最新中南大学自动控制原理试验报告

1、精品文档申用犬曾信息科学与工程学院本科生实验名称自动控制原理实验 预定时间 实验时间 姓名学号 授课教师 实验台号 专业班级实验一 1.1典型环节的时域分析实验目的：1. 熟悉并掌握TD-ACC+（或TD-ACS）设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构 成方法。2熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原 因。3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。实验设备：PC机一台，TD-ACC+（或TD-ACS）实验系统一套。模拟电路图如下：实验结果：当 R0=200K; R1=100K。|Tl-T21w 2D.3m4IW1-V21 mv输出电压约为输入电压的1/2,误差范

2、围内满足理论波形, 当 R0 = 200K; R1 = 200K。$rI1-1 Zs洁CHICH;积分环节模拟电路图:积分环肖反相器当 R0=200K; C=1uF。实验结果：V1-V3 m 517 6 mV V1-V2 = 517.6 mv;: 4 r1 :ILkii. i j i i ! 1 1 1 1 1 .1 11 I 1 LI 1 ! 1 J B 11 J BB 1 J 1 I 1.11 ll I 1 . -100ms4CH1:CH2: 1v.当 R0 = 200K; C = 2uF。精品文档比例积分环节（PI）模拟电路图:取 R0 = R1 = 200K ;C = 1uF。实验结果

3、rV1-V21 = i T27 V ：匸2 =9 31呂 丁500ms4CHt 2v胳CH2 弘格取 R0=R1=200K ； C=2uF。惯性环节（T）模拟电路图：取 R0=R1=200K C=1uF。1 11Il10I.1-JI1-zT,11F1i1:J1ii500msCH；CH2:取 R0=R1=200K C=2uF。 |0.K50.*?1.61.74=1临界电尼10542J1无1无1.9Z5单数A过阴尼20L21无无2.915单调表 12-3RKQ)开环増益瞌稳従性表 1.24R(KQ)开环増益艮稳定性3016. 7不稳定发散41 .712临界稳定等幅振荡1005稳定衰减收敛注意：在做

4、实验前一定要进行对象整定，否则将会导致理论值和实际测量值相差较大。首先调节电阻使系统处于临界稳定的状态HrV1-V3 - E17.C- 1 II 1 1 1 11-.7 i 1 1 1 1 i B$f fe |j j jLIL.J L i.1 l i I d k id L I I a 1 1i I k iI. d I . 1 a I-I: SOOmsCHI. 1v4SCH2 闸祸当R160时系统处于过阻尼状态V1-V3 =517.6 rwa ipg- -” ”rR R l:R :L一 1 i i a u ei i i n |11 J 1111-1 J G 11 J1 L I I I 1 L1

5、J 1111 d II 11.9500ms4CH1:忡格CHK 1v胳乩=捋您当R160时，由Jio挖40可知道该系统的自然频率和阻尼比均与R值大小有关，当 R处于160左右处于临界阻尼状态,则R160时阻尼比增大，系统则应处于过阻尼状态，输出波形如上图所示。同理当R的阻值减小时，系统应该趋于欠阻尼状态；如R=50时，系统处于欠阻尼状态，其输出波形如下图所示：欠阻尼欠阻尼状态，是我们所期望的一种状态，相比于过阻尼，系统响应时间比较短，相比于临界阻尼, 系统的超调量比较小。工程上，也是希望系统能够快速平稳准确的追踪输入信号，因此欠阻尼相对比 较理想。三阶系统三阶系统处于临界稳定时(T1-T2I

6、117.2 msIV1-V2I 5171R.1ii1i-:r 1X 1J : J V1 1 1 1i j i i n i i i it i = r-jc1 1 1 1 111 E 1111 K 1 L-r 31111 I 111 II li 114ir11ri1J-.1ia*1r|1!i.1：1T 500ms4SCH1 iw格CHS w格三阶R30K实验三2.1线性系统的根轨迹分析实验目的1 根据对象的开环传函，做出根轨迹图。2 掌握用根轨迹法分析系统的稳定性。3 .通过实际实验，来验证根轨迹方法。实验设备PC机一台，TD-ACC+（或TD-ACS）教学实验系统一套实验原理及内容实验对象的结构

7、框图：模拟电路构成：如图2.1-2所示。S(S + 1)(O.5S + 1)系统的开环增益为 K = 500K Q /R，开环传递函数为:绘制根轨迹(1)由开环传递函数分母多项式 S(S+1)(0.5S+1)中最高阶次n= 3,故根轨迹分支数 为3。开环有三个极点：p1= 0, p2二1, p3二2。实轴上的根轨迹： 起始于0、 一 1、 一 2，其中一2终止于无穷远处。 起始于0和- 1的两条根轨迹在实轴上相遇后分离，分离点为S = -0.422 =-1.578显然S2不在根轨迹上，所以S1为系统的分离点，将 S仁0.422代入特征方程 S(S+1)(0.5S+1)+ K 中，得 K = 0

8、.193(3)根轨迹与虚轴的交点将S = j W代入特征方程可得：2审-胛二0=(根据以上计算，将这些数值标注在 S平面上，并连成光滑的粗实线，如下图所示。 图上的粗实线就称为该系统的根轨迹。其箭头表示随着K值的增加，根轨迹的变化趋势, 而标注的数值则代表与特征根位臵相应的开环增益 K的数值。根据根轨迹图分析系统的稳定性根据图2.1 -3所示根轨迹图，当开环增益 K由零变化到无穷大时，可以获得系统 的下述性能：R= 500/K(1)当K = 3;即R= 166 KQ时，闭环极点有一对在虚轴上的根，系统等幅振荡, 临界稳定。 当K 3;即R 166 KQ时，两条根轨迹进入 S右半平面，系统不稳定

9、。(3)当0 K 166 K Q时，两条根轨迹进入 S左半平面，系统稳定。上述分析表明，根轨迹与系统性能之间有密切的联系。利用根轨迹不仅能够分析闭 环系统的动态性能以及参数变化对系统动态性能的影响，而且还可以根据对系统暂态特 性的要求确定可变参数和调整开环零、极点位臵以及改变它们的个数。这就是说，根轨 迹法可用来解决线性系统的分析和综合问题。由于它是一种图解求根的方法，比较直观， 避免了求解高阶系统特征根的麻烦，所以，根轨迹在工程实践中获得了广泛的应用。实验步骤1 绘制根轨迹图：实验前根据对象传函画出对象的根轨迹图，对其稳定性及暂态性能做出理论上的判断。并确定各种状态下系统开环增益K的取值及相

10、应的电阻值 R。2 将信号源单元的“ ST”端 插针与“ S”端插针用“短路块” 短接。由于每个运放单元均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右11-a1Bi14|/.-T - - 1-1i/k 1 fli 1 i k 1J/_ t J i ri 丄L jl Jl J 1.丄.丿i t | it ii |.1L L 1bh i ri L I b1hI|ll1qIil:lHT 冶格CM1 1 曲&CM2:R=50KV1-V2 - 517.E- ITT,当电阻R1甌初 DNMftlR1 V?|

11、 = 0-5? w当就蠢紀 2| = 176 *用愎U lOvJfr |V1-V2| = OJU v实验五 1.3线性系统的校正实验目的1 掌握系统校正的方法，重点了解串联校正。2根据期望的时域性能指标推导出二阶系统的串联校正环节的传递函数实验设备PC机一台，TD-ACC+或TD-ACS）教学实验系统一套实验原理及内容使系所谓校正就是指在系统中加入一些机构或装臵 （其参数可以根据需要而调整）， 统特性发生变化，从而满足系统的各项性能指标。按校正装臵在系统中的连接方式，可 分为：串联校正、反馈校正和复合控制校正三种。串联校正是在主反馈回路之内采用的 校正方式，串联校正装臵串联在前向通路上，一般接

12、在误差检测点之后和放大器之前。 本次实验主要介绍串联校正方法。1.原系统的结构框图及性能指标20C(S)TW*S(0L5$+l)图 13-1对应的模拟电路图图UG(S) =由图可知系统开环传函:20S(0.5S+l)，系统闭环传函:护(S) =40S +23 + 40系统的特征参量：3 n= 6.32, E = 0.158系统的性能指标：M p = 60%, tS= 4s,静态误差系数 Kv = 20 (1/s)2.期望校正后系统的性能指标要求采用串联校正的方法，使系统满足下述性能指标：Mp 25%, tS20 (1/s)3.4. 串联校正环节的理论推导由公式,204,(010,设校正后的G二

13、5(75 + 1)统开环传函为, 由期望值得=limSG(S) = lim 20,K20o校正后系统的闭环传函为:7取 E= 0.5，贝V T = 0.05s,3 n=20满足3 n10,得校正后开环传函为:忙20S 4、S + T T20G(S) =-5(0.5S + l)& S(0.05S + l)因为原系统开环传函为:且采用串联校正，所以串联校正环节的传函为:0.05S +1加校正环节后的系统结构框Ft图 1.3-3图为:对应的模拟电路图：见图 1.3-4实验步骤1将信号源单元的“ ST”端插针与“ S”端插针用“短路块” 短接。由于每个运 放单元均设臵了锁零场效应管， 所以运放具有锁零功能。 将开关设在“方波”档，分 别调节调幅和调频电位器，使得“ OUT ”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。2. 测量原系统的性能指标。(1)按图1.3-2接线。将1中的方波信号加至输入端。用示波器的“ CH1 ”和“ CH2”表笔测量输入端和输出端。计算响应曲线的超调 量MP和调节时间tS。3. 测量校正系统的性能指标。(1) 按图1.3-4接线。将1中的方波信号加至输入端。(2) 用示波器的“ CH1 ”和“ CH2 ”表笔测量输入端和输出端。计算响应曲线的超调量 MP和调节时间tS，是否达到期望值，若未达到