《自动控制理论》实验报告

西华大学试验报告第西华大学试验报告第组西华大学试验报告〔理工类〕开课学院及试验室： 试验时间： 年 月 日学生姓名学生姓名学号成绩学生所在学院年级/专业/班课程名称课程代码试验工程名称典型系统的瞬态响应〔和稳定性〕项目代码指导教师项目学分一、试验目的1Tζ对二阶系统动态性能的影响。2K3观测系统处于稳定、临界稳定和不稳定状况下的输出响应的差异。二、试验原理1．典型的二阶系统稳定性分析构造框图如以以下图所示。系统开环传递函数为：先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观看二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析根本吻合。在此试验中(图1-2)，系统闭环传递函数为：其中自然振荡角频率：阻尼比：2．典型的三阶系统稳定性分析〔选做〕构造框图如以以下图所示系统的开环传函为:由Routh推断得：系统稳定性和K的关系为：三、试验设备、仪器及材料TDN-AC/ACS四、试验步骤〔依据实际操作过程〕典型二阶系统瞬态性能指标的测试按模拟电路图1-2接线，将阶跃信号接至输入端，取R=10K。用示波器观看系统响应曲线C(t)，测量并记录超调MttP p S分别按R=50K；160K；200K；转变系统开环增益，观看响应曲线C(t)，测量并记录性能指标MPtt1-1p S中。典型三阶系统的性能〔选做〕按图1-4接线，将1中的方波信号接至输入端，取R=30K。观看系统的响应曲线，并记录波形。减小开环增益，观看响应曲线，并将试验结果填入表1-2中。2西华大学试验报告五、试验过程记录(数据、图表、计算等)参数

sC()C(∞)计测sC()C(∞)计测计测计测算量算量算量值值值值值值R K ω工程 n

阶跃响应曲线KΩ l/s l/s100<ζ<1欠阻尼50ζ=1临界160阻尼ζ>1过阻200尼1-13R(KΩ)R(KΩ)K输出波形稳定性20〔临界稳定R100六、试验结果分析及问题争论

1-2〔选做〕试验线路中如何确保系统实现负反响？假设反响回路中有偶数个运算放大器，则构成什么反响？有那些措施能增加系统的稳定度？它们对系统的性能有什么影响？4西华大学试验报告第第组西华大学试验报告〔理工类〕开课学院及试验室： 试验时间： 年 月 日学生姓名学生姓名学号成绩学生所在学院年级/专业/班课程名称线性系统的频率响应分析课程代码试验工程名称项目代码指导教师项目学分一、试验目的把握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函。把握试验方法测量系统的波特图。二、试验原理频率特性当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率(ω由0变至∞)而变化的特性。频率响应法的根本思想是：尽管把握系统的输入信号不是正弦函数，而是其它形式的周期函数或非周期函数，但是，实际上的周期信号，都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数开放为各种谐波重量；而非周期信号也可以使用富氏积分表示为连续的频谱函数。因此，依据把握系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动状况。线性系统的频率特性系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比〕〔ωjΦ和相位差〕〔ωjΦ∠随角频率(ω由0变到∞)变化的特性。而幅值比〕〔ωjΦ和相位差〕〔ωjΦ∠恰好是函数〕〔ωjΦ的模和幅角。所以只要把系统的传递函数〕〔sΦ，令ωjs=，即可得到〕〔ωjΦ。我们把〕〔ωjΦ称为系统的频率特性或频率传递函数。当ω由0到∞变化时，〕〔ωjΦ随频率ω的变化特性成为幅频特性，〕〔ωjΦ∠随频率ω的变化特性称为相频特性。幅频特性和相频特性结合在一起时称为频率特性。3．频率特性的表达式对数频率特性：又称波特图，它包括对数幅频和对数相频两条曲线，是频率响应法中广泛使用的一组曲线。这两组曲线连同它们的坐标组成了对数坐标图。对数频率特性图的优点：①它把各串联环节幅值的乘除化为加减运算，简化了开环频率特性的计算与作图。②利用渐近直线来绘制近似的对数幅频特性曲线，而且对数相频特性曲线具有奇对称于转折频率点的性质，这些可使作图大为简化。③通过对数的表达式，可以在一张图上既能绘制出频率特性的中、高频率特性，又能清楚地画出其低频特性。极坐标图(或称为奈奎斯特图)对数幅相图(或称为尼柯尔斯图)5本次试验中，承受对数频率特性图来进展频域响应的分析争论。试验中供给了两种试验测试方法：直接测量和间接测量。直接频率特性的测量用来直接测量对象的输出频率特性，适用于时域响应曲线收敛的对象〔如：惯性环节〕。该方法在时域曲线窗口将信号源和被测系统的响应曲线显示出来，直接测量对象输出与信号源的相位差及幅值衰减情况，就可得到对象的频率特性。间接频率特性的测量用来测量闭环系统的开环特性，由于有些线性系统的开环时域响应曲线发散，幅值不易测量，可将其构成闭环负反响稳定系统后，通过测量信号源、反响信号、误差信号的关系，从而推导出对象的开环频率特性。三、试验设备、仪器及材料PCTD-ACC+系列教学试验系统一套四、试验步骤〔依据实际操作过程〕此次试验，承受直接测量方法测量对象的闭环波特图及间接测量方法测量对象的开环波特图。将信号源单元的“ST”插针分别与“S”插针和“+5V”插针断开，运放的锁零把握端“ST”此时接至示波器单元的“SL”插针处，锁零端受“SL”来把握。试验过程中“SL”信号由虚拟仪器自动给出。试验接线：按模拟电路图2-5接线，检查无误前方可开启设备电源。直接测量方法(测对象的闭环波特图)将示波器单元的“SIN”接至图2-5中的信号输入端，“CH1”路表笔插至图2-5中的4＃运放的输出端。翻开集成软件中的频率特性测量界面，弹出时域窗口，点击 按钮，在弹出的窗口中依据需要设置好几组正弦波信号的角频率和幅值，选择测量方式为“直接”测量，每组参数应选择适宜的波形比例系数，具体如以以下图所示:确认设置的各项参数后，点击按钮，发送一组参数，待测试完毕，显示时域波形，此时需要用户自行移动游标，将两路游标同时放置在两路信号的相邻的波峰(波谷)处，或零点处，来确定两路信号的相位移。两路信号的幅值系统将自动读出。重复操作(3)，直到全部参数测量完毕。待全部参数测量完毕后，点击 按钮，弹出波特图窗口，观看所测得的波特图，该图由假设干点构6西华大学试验报告成，幅频和相频上同一角频率下两个点对应一组参数下的测量结果。点击极坐标图按钮，可以得到对象的闭环极坐标图。依据所测图形可适当修改正弦波信号的角频率和幅值重测量，到达满足的效果。间接测量方法：(测对象的开环波特图)将示波器的“CH1”接至3＃运放的输出端，“CH2”接至1＃运放的输出端。按直接测量的参数将参数设置好，将测量方式改为间接测量。此时相位差是指反响信号和误差信号的相位差，应将两根游标放在反响和误差信号上。测得对象的开环波特图。测得对象的开环极坐标图。五、试验过程记录(数据、图表、计算等)7六、试验结果分析及问题争论8西华大学试验报告西华大学试验报告第组西华大学试验报告〔理工类〕开课学院及试验室： 试验时间： 年 月 日学生所在学院年级/专业/班课程名称课程代码试验工程名称系统校正项目代码指导教师项目学分学生姓名学号学生姓名学号成绩12学会设计串联校正装置二、试验原理13-1R(s)R(s)+E(s)C(s)-20s(0.5s1) 40

3-16.32

%60%p由闭环传函s

n

4ss22s40 3-2

sK20l/sKv93-2 %25%2、设计串联校正装置，使系统满足性能指标：

pt 。Kv

s20l/s3．串联校正环节的理论推导由公式，设校正后的系统开环传函为 ，由期望值得：。校正后系统的闭环传函为：取ξ＝0.5，则T＝0.05s，ω＝20满足ω≥10，得校正后开环传函为：n n由于原系统开环传函为： ，且承受串联校正，所以串联校正环节的传函为：，加校正环节后的系统构造框图：见图3-310西华大学试验报告对应的模拟电路图：见图3-4

图3-3三、试验设备、仪器及材料

图3-4TDN-AC/ACS四、试验步骤〔依据实际操作过程〕1、测量未校正系统的性能指标。3-2参与阶跃电压，观看阶跃响应曲线，并测出超调量σ％和调整时间t，将曲线及参数记录下来。p s23-4参与阶跃电压，观看阶跃响应曲线，并测出超调量σ％和调整时间t，看是否到达期望值，假设未p s到达，请认真检查接线〔包括阻容值。3σt3-1p s五、试验过程记录(数据、图表、计算等)M〔％〕t〔s〕

响应曲线p s校正前11校正后校正后六、试验结果分析及问题争论如何测量速度误差？怎样检测静态速度误差系数是否满足期望值？12西华大学试验报告第第组西华大学试验报告〔理工类〕开课学院及试验室： 试验时间： 年 月 日学生姓名学生姓名学号成绩学生所在学院年级/专业/班课程名称课程代码试验工程名称直流电机闭环调速项目代码指导教师项目学分一、试验目的学会综合应用自动把握理论和其它学科的学问分析系统。生疏单片机把握的电机闭环调速的根本原理。把握自动把握的PID二、试验原理4-14-2数字给定值 数字PID把握器

驱动单元电路

速度直流电机驱动单元电路4-1134-2上图中，把握机算机的“DOUT0”表示386EX的I/O管脚P1.4，输出PWM脉冲经驱动后把握直流电机，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的7号中断，用作测速中断。“DOUT0”来模拟产生PMW量，经驱动电路驱动后把握电机运转。霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反响量。在参PID1ms，作为系统采样基准时钟；测速中断用于测量电机转速。直流电机闭环调速把握系统试验的参考程序流程图及参考程序见附录。三、试验设备、仪器及材料TDN-AC/ACS四、试验步骤〔依据实际操作过程〕参照C盘Tangdu/example/ACC6-1-1.ASM，编写试验程序，编译、链接。按图4-2接线，检查无误后开启设备电源，将编译链接好的程序装载到把握机中。翻开专用图形界面，运行程序，观看电机转速，分析其响应特性。IbandKPPKII、微分系数KDD的值后再观看其响应特性，选择一组较好的把握参数并记录下来。留意：在程序调试过程中，有可能随时停顿程序运行，此时DOUT0的状态应保持上次的状态。当DOUT0为1DOUT0为0时，直流电机将全速转动，假设长时间让直流电机全速转动，可能会导致电机单元消灭故障，所以在停顿程序运行时，最好将连接DOUT0的排线拔掉或按系统复