北航自动控制原理实验 (非电专业)实验报告 (4500字)

1、北航自动控制原理实验 (非电专业)实验报告 (4500字) 自 动 控 制 原 理 实 验 报 告 册 班级： 学号： 姓名： 2016年1月2日 实验一实验二实验三 目录 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 . 3 频率响应测试 . 8 控制系统串联校正 . 18 实验一 一、二阶系统的电子模拟 及时域响应的动态测试 一、 实验目的 1、 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参 数之间的关系。 2、 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方 法。 3、 学习阶跃响应的测试方法。 二、 实验内容 1、 建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间 常数T时的阶跃响应曲线，并测定

2、其过渡过程时间Ts。 2、 建立二阶系统的电子模型，观测并记录在不同阻尼 比时的阶跃响应曲线，并测定其超调量及过渡过程时间。 三、实验原理 1一阶系统： 系统传递函数为： =模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1 由图 1-1得 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为： 、 、1 2二阶系统: 其传递函数为： 令n=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示： 图1-3 取R2C1=1 ，R3C2 =1，则 及 取不同的值= , = , =1 实验电路图： 一阶： 二阶： 四、 实验数据表 根据

3、实验要求选取的参数如下： 一阶 二阶 五、 实验结果图 注：时间轴单位：t/10ms，下面实验同。 依次取=、 一阶： 二阶： 六、数据分析 实验数据结果与理论数据间存在差异，主要原因在于用510千欧电阻代替500欧电阻，其他原因包括模拟程序中各元件的实际物理值与理论之间存在差异，实际运行中会有互相之间的干扰，外界的干扰、储能元件放电不完全等，导致了最终实际模拟结果与理论之间有一定差异。 七、实验总结 本次实验过程中表现出来的主要问题是对实验仪器的不了解、对Matlab软件的生疏、与对电器元件及导线的预测量的缺失，导致耽误了很长时间，直到第三次实验时才补做完。所得数据与理论数据间的差异在误差范

4、围内，可以接受。 实验二 频率响应测试 一、 实验目的 1. 掌握频率特性的测试原理及方法。 2. 学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。 二、 实验内容 3. 测定给定环节的频率特性。 4. 系统模拟电路图及系统结构图分别如图2-1及图2-2。 5. 系统传递函数为：取R=200K，则 取R=500K，则 若正弦输入信号为Ui=A1Sin,则当输出达到稳态时，其输出信号为Uo=A2Sin。改变输入信号 频率 值，便可测得二组A1/A2和随f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。 三、 实验原理 1. 幅频特性即测量输入与输出信号幅值A1及A2，然后计算其

5、比值A2/A1。 2. 实验采用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。以下简单介绍一下这种测试方法的原理。 设有两个正弦信号: X=XmSin Y=YmSin 若以X为横轴，Y为纵轴，而以作为参变量，则随着 t的变化，X和Y所确定的点的轨迹，将在X-Y平面上描绘出一条封闭的曲线。这个图形就是物理学上成称为的“李萨如图形”。 . 相位差角的求法: 对于X=XmSin及Y= YmSin 当t=0时，有 X=0 ；Y=Ym Sin 即=ArcSin, 0/2时成立。 实验电路图： 四、 实验数据表 K=2 K=5 五、 实验结果图 K=2 11 12 K=5 13 14 六、计算系统传递函数 K=2

6、拟合的幅频曲线： Am=; wm= /s 15 故Am? ?; wm?w?/s?wn? 系统传递函数G=2? s?2?wns?wn2s2? K=5 拟合的幅频曲线： Am=; wm = /s 故Am?; wm?w?/s?wn? 系统传递函数G=2?22 s?2?wns?wns? 七、数据分析 实验结果较为理想，与理论值差距不大，但实验过程中感觉到系统稳定性较差，很容易受外界干扰，曾经做到一半时突然系统图像变形，导致后来只得重新接线测量。实验中吸取了上次的教训，接线前对原件导线都做了预先检测，节省了部分时间。 八、实验总结 本次实验就操作方面而言比上一次要好，主要原因是对实验器具的相对熟悉，与注

7、意了接线之前对各部件的预先检测，因此避免了一些不必要的时间浪费。 实验三 控制系统串联校正 一、 实验目的 1、了解和掌握串联校正的分析和设计方法。 2、研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。 二、 实验内容 1、设计串联超前校正，并验证。 2. 设计串联滞后校正，并验证。 三、 实验原理 其中Gc为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。 3.未加校正时， 。 4. 加串联超前校正时，给定 ， ，则 。 5 加串联滞后校正时，给定 四、 实验数据 ，则 。 依图线，得系统截止频率Wc、稳定裕度Pm： 1.未加校正 Wc=/sec Pm=-°

8、2.加超前校正 Wc=/sec Pm=° 3.加滞后校正 Wc=/sec Pm=° 实验电路图： 五、实验结果图 1. 六、数据分析 实验结果与理论值之间存在一定差异，但在允许误差范围内。从实验数据中可以得出：添加合适的超前串联校正环节可以使系统的截止频率增大，稳定裕度增加，从而使系统的快速性与稳定性得到改善，但其对高频响应部分的影响会使系统容易受到高频干扰信号干扰，有一定的负面；添加合适的滞后串联校正环节可以使系统的稳定裕度增加，并且增强了系统对高频干扰的抵抗性，但其会使系统的截止频率降低，从而对系统的快速性造成一定负面影响。 七、实验总结 本实验步骤较简单、操作比较容易，加之实验经验的增长，使得本次实验过程较顺利、完成较快，并且在课上补做了之前没有做