自动控制原理实验报告

1、精品自控实验报告感谢下载载精品感谢下载载精品目录实验一典型环节及其阶跃响应1一、实验目的1二、实验仪器1三、实验原理1四、实验内容2五、实验步骤4六、实验结果5七、实验分析8实验二二阶系统阶跃响应9一、实验目的9二、实验仪器9三、实验原理9四、实验内容10五、实验步骤12六、实验结果及分析12实验三连续系统串联校正20感谢下载载精品一、实验目的20二、实验仪器20三、实验内容21四、 实验步骤24五、 实验结果24感谢下载载精品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

2、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。感谢下载载精品四、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)R2R12. 惯性环节的模拟电路及其传递函数。K(K

3、R2,T R2C)G ( s)R1Ts 13. 积分环节的模拟电路及传递函数。感谢下载载G (s)精品1Ts(TRC)4. 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( KR2 ,T R1C)Ts 1R1感谢下载载精品五、实验步骤1.启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统 运行软件。2.测试计算机与实验箱的通信是否正常 ,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。比例环节：3.连接被测量典型环节的模拟电路 (图 1-1) 。电路的输入 U1 接 A/D 、D/A 卡的 DA1 输出，电路的输出 U2 接

4、 A/D 、D/A 卡的 AD1 输入。检查无误后接通电源。4.在实验项目的下拉列表中选择实验一 一、典型环节及其阶跃响应 。5.鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果6.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。7.记录波形及数据（由实验报告确定） 。惯性环节：8.连接被测量典型环节的模拟电路(图 1-2) 。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。检查无误后接通电源。9.实验步骤同 4 7积分环节：10. 连接被测量典型环节的模拟电路 (

5、图 1-3) 。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，将积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。11. 实验步骤同 47微分环节：12. 连接被测量典型环节的模拟电路 (图 1-4) 。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。检查无误后接通电源。13. 实验步骤同 47比例 + 微分环节 :14. 连接被测量典型环节的模拟电路(图 1-6) 。电路的输入 U1 接 A/D 、D/A 卡的感谢下载载精品DA1 输出，电路的输出 U

6、2 接 A/D 、D/A 卡的 AD1 输入，将积分电容连在模拟开关上。检查无误后接通电源。15. 实验步骤同 4716. 测量系统的阶跃响应曲线，并记入上表。六、实验结果记录比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、比例微分环节的响应曲线。图 1-1比例环节响应曲线感谢下载载精品图 1-2惯性环节响应曲线曲线经过点（ 160 ， -1000 ）图 1-3积分环节响应曲线曲线过点（ 0，-1600 ）和（ 360 ，-5000 ）感谢下载载精品图 1-4微分环节响应曲线图 1-5比例 + 微分环节响应曲线感谢下载载精品七、实验分析计算惯性环节与积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。惯性

7、环节：由模拟电路得： G (s)KR2/R12Ts1R2Cs 10.2s 1设 y(t)a(1e bt )当 t, y(t)2,得 a=-2由阶跃曲线得：代入点 (0.16,-得1), b 4.33y(t)2(1e 4.33t ), Y(s)21)s(0.23s则 G ' ( s)2积分环节：由模拟电路得： G (s)0.23s111110TsRCs0.1ss由点 (0,-1.6)和(0.36,-5)可得5( 1.6)由阶跃曲线得：k=9.4G' ( s)9.4s分析：从以上惯性环节和积分环节的电路计算传递函数与阶跃曲线计算的传递函数比较可知，实际与理论值比较接近。但是在积分环

8、节的阶跃曲线中可以看出，系统中含有绝对值小于1的比例环节。感谢下载载精品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1模拟实验的基本原理：感谢下载载精品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

9、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 % ：1) 启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。2) 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正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。3) 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。检查无误后接

10、通电源。4) 在实验项目的下拉列表中选择实验一 典型环节及其阶跃响应 。5) 鼠标单击 按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。6) 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：YmaxY%100%YTS：利用软件的游标测量水平方向上从零到达稳态值所需的时间值。四、实验内容典型二阶系统的闭环传递函数为：感谢下载载精品2n( s)s2 2 n sn2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：图 2-1二阶系统模拟电路根据二阶系统的模拟电路图， 画出二

11、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。感谢下载载精品五、实验步骤1.取 w n=10rad/s,即令 R=100K ，C=1uf ；分别取=0 、 0.25 、 0.5、 1、2 ，即取 R1=100K ， R2 分别等于 0 、50K 、100K 、200K 、 400K 。输入阶跃信号，测量不同的时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量 %和调节时间 t s的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。2.取=0.5,w n=100r

12、ad/s,即取 R=100K ，改变电路中的电容 C=0.1uf( 注意：二个电容值同时改变 )。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量 %和调节时间 t s。六、实验结果及分析1.画出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，图 2-2二阶系统模拟电路感谢下载载精品图 2-3二阶系统结构图系统闭环传递函数：U 21/ T2(s)s2( K / T )s 1/ T 2U1211 ,KR2与 ( s)s22nn2比较可得：nn sT RC2 2R1改变比值 R2，可以改变二阶系统的阻尼比；改变RC 值可以改变无阻尼自R1然频率n 。令 R1=100K ，

13、R2 分别等于 0 、50K 、 100K 、200K 、400K 。可得： =0 、0.25 、0.5 、1、2 。感谢下载载精品令电阻 R 取 100K ，电容 C 分别取 1uf 和 0.1uf, 可得 :n =10rad/s、100rad/s。2.把不同和 n 条件下测量的 %和 ts 值列表，根据测量结果得出相应结论。/ 12超调量：%e100%3In112调节时间： ts(5%的误差带 )n当 00.9时 , ts3(5%的误差带 )n表 2-1由系统响应曲线得出的超调量与调节时间R1/kR2/kC/ufw n (rad/s)/%t s/ms10001010-1005010.251

14、050.2%123710010010.51018.0%675100200111004781004001210012161001000.10.510018.0%62由表 2-1 可知：当=0 时系统为临界阻尼状态，等幅振荡；当0< <1 时系统为欠阻尼状态；当>0 时系统处于过阻尼状态，超调量为0 。感谢下载载精品相同阻尼比的情况下，通过改变w n ，可以减小系统的响应时间并减少超调量。表 1-2理论值与真实值的比较w n (rad/s)%/ 真实值t s(ms)/ 真实值%/ 理论值t s(ms)/ 理论值010-0.251050.2%123744.4%12120.51018

15、.0%67516.3%62911004780-210012160-0.510018.0%6216.3%63由表 2-2 可知：真实值与与理论值接近，普遍要大一点。且真实值与表1中的特性相同。4. 画出系统响应曲线，再由 %和 ts 计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。依次将图中得出的超调量%与调节时间 ts 代入公式反解出、w n。感谢下载载精品图 2-4=0 ， w n=10rad/s的响应曲线图 2-4 中无法得出准确的超调量% 与调节时间t s，若令 %=96%，ts =20s可得：0.013, n11.545真实传递函数(s)133.30.3s133.3s2而理论传递函

16、数1000 (s)100s2可见真实的传递函数与理论差别不大，在误差允许范围之内。图 2-5=0.25 ， w n=10rad/s的响应曲线图 2-5 中超调量 %=50.2% 、调节时间 t s =1237ms ，分别代入公式中得：感谢下载载精品0.214, n 11.407真实传递函数(s)130.14.9 s130.1s2而理论传递函数(s)10005s100s2可见真实的传递函数与理论差别不大，在误差允许范围之内。图 2-6=0.5 ， wn =10rad/s的响应曲线图 2-6 中超调量 %=18.0% 、调节时间 t s =675ms，分别代入公式中得：0.479, n 5.282

17、真实传递函数(s)27.95.1s27.9s2而理论传递函数0 (s)10010s100s2可见真实的传递函数与理论有些误差。感谢下载载精品图 6-7=1 ， w n=10rad/s的响应曲线图 2-7 中超调量 %=0 、调节时间 ts =478ms，分别代入公式中得：1,令 =0.99, 得 n10.478真实传递函数(s)109.819.1s109.8s2而理论传递函数(s)100020s100s2可见真实的传递函数与理论差别不大，并在误差允许范围之内。感谢下载载精品图 2-8=2 ， w n=10rad/s的响应曲线图 2-8 中超调量 %=0 、调节时间 ts =1216ms，分别代

18、入公式中得：1,得 n 9.786真实传递函数(s)95.819.6 s 95.8s2而理论传递函数0 (s)10040s 100s2可见真实的传递函数与理论差别不大。图 2-9=0.5 ， w n =100rad/s的响应曲线感谢下载载精品图 2-9 中超调量 %=18.0% 、调节时间 t s =62ms ，分别代入公式中得：0.479,n105.38311105.6真实传递函数(s)s2101s11105.610000而理论传递函数0 (s)s2 100s 10000可见真实的传递函数与理论差别不大，并在误差允许范围之内。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

19、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感谢下载载精品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。图 3-1超前校正电路图（ 2）系统结构图如图 3-2图 3-2超前校正系统结构图感谢下载载精品Gc1( s)2图中2(0.055 s1)Gc2(s)10.005s2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。图 3-3滞后校正模拟电路图（ 2）系统结构图示如图 3-4图

20、 3-4滞后系统结构图Gc1( s) 5图中5( s1)Gc2(s)16s3串联超前滞后校正感谢下载载精品（ 1） 模拟电路图如图 3-5 ，双刀开关断开对应未校状态，接通对应超前滞后校正。图 3-5超前滞后校正模拟电路图（ 2） 系统结构图示如图 3-6 。图 3-6超前滞后校正系统结构图Gc1( s) 6图中6(1.2s1)(0.15s1)Gc2(s)1)(0.05s1)(6 s感谢下载载精品四、 实验步骤超前校正：1连接被测量典型环节的模拟电路(图3-1) ，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%和调节时间 ts 。3开关 s接通，重复步骤 2 ，并将

21、两次所测的波形进行比较。滞后校正：4连接被测量典型环节的模拟电路(图3-3) ，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%和调节时间 ts 。5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：6. 接被测量典型环节的模拟电路 (图 3-5) 。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 %和调节时间 ts7 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、 实验结果1计算串联校正装置的传递函数Gc(s) 和校正网络参数。串联超前校正：2(0.055 s1)Gc (s)0.005s1串联滞后校正

22、：5(s1)Gc (s)6s1串联超前 - 滞后校正：感谢下载载精品6(1.2s1)(0.15 s1)Gc (s)(6 s1)(0.05s1)2画出校正后系统的对数坐标图，并求出校正后系统的c及。串联超前校正：之前：4040s(0.2s1) 0.2s2sG (s)之后： G ' ( s)40(0.055 s 1)2.2s 40ss(0.2s1)(0.005s1) 0.001s30.205s2MATLAB: b1=40;a1=0.2,1,0;subplot(1,2,1);bode(b1,a1);margin(b1,a1);b2=2.2,40;a2=0.0001,0.205,1,0;sub

23、plot(1,2,2);感谢下载载精品图 3-7串联超前校正前后波特图bode(b2,a2);margin(b2,a2);c由图 3-7 可得 :'c13.7rad / s,20o15.7rad / s, '57.7o感谢下载载精品图 3-8串联超前校正前后波特图对比由图 3-8 可见校正后的相角裕度得到增加，系统的稳定性和平稳性得到了改善。串联滞后校正：之前： G (s)5050s(0.05 s1)(0.1s1) 0.005s30.15s2s之后：50(s 1)50s 50s(0.05 s1)(0.1s1)(6s 1) 0.03s40.905s36.15 s2sG (s)MA

24、TLAB: b1=50;a1=0.005,0.15,1,0;subplot(1,2,1);bode(b1,a1);margin(b1,a1);b2=50,50;a2=0.03,0.905,6.15,1,0;subplot(1,2,2);感谢下载载精品图 3-9串联滞后校正前后波特图bode(b2,a2);margin(b2,a2);c由图 3-9 可得 :'c18rad / s,13o6.65rad / s, '30.8o图 3-10串联滞后校正前后波特图对比由图 3-10 可见校正后的相角裕度得到增加，校正通过快速性换取了系统的稳定感谢下载载精品性。超前 - 滞后校正：之前：

25、 G (s)10101)(0.01s1)0.001s30.11s2ss(0.1sG(s)60(1.2s1)(0.15s1)之后：s(0.1s1)(0.01s1)(6s1)(0.05s1)10.8s281s600.0003s50.03905s40.9665s36.16s2sMATLAB: b1=10;a1=0.001,0.11,1,0;subplot(1,2,1);bode(b1,a1);margin(b1,a1);b2=10.8,81,60;a2=0.0003,0.03905,0.9665,6.16,1,0;subplot(1,2,2);bode(b2,a2);margin(b2,a2);图 3-11串联超前 - 滞后校正前后波特图感谢下载载精