自动控制理论实验报告 实验三四

表-计算机仿真数据振幅 和相位 的数据记录
0.2
0.4பைடு நூலகம்
0.6
0.8
0.9
1.0
1.2
1.4
1.6
2.0
3.0
2
2.3
3
4
5
5
3
1.8
1.2
0.6
0.2
0
1.21
3.52
6.02
7.96
7.96
3.52
-0.92
-4.44
-10.46
-20
-3
-15.29
-34.39
-57.32
-64.47
-71.66
C( )=2.4, =—11.46
Simulink建模仿真图像（上边为输入，中间为未加校正时输出，下边为加超前校正后的输出）
C( )=2.3, =—15.29
实验结果与计算机仿真结果基本一致
3ω=0.6rad/s,即T=10.5s
实验图像（绿线为输入，红线为输出）
C( )=2.9, =—21.43
Simulink建模仿真图像（上边为输入，中间为未加校正时输出，下边为加超前校正后的输出）
5校正后系统的阶跃瞬态响应曲线为（校正装置R1=70KΩ）：
从图中读出校正后系统的超调量为32%，调整时间为8.5s。
计算机仿真曲线：
由仿真可知，校正系统的超调量为33%，调整时间为9秒。
所以，超前校正网络的参数选取基本合适，校正后，系统性能得到了明显的改善，超前校正网络增大了系统的阻尼比，进而增大了系统的相位裕量，使系统的超调量和调整时间都有所减小，满足了校正的要求。
电气工程学院
《自动控制理论》实验报告
姓名：xxxxx
学号：xxxxxxxx
同 组 人：xxxxxxxxxx
指导教师：xxxx
实验日期：xxxxxxxxxx
自控实验成绩评定表
姓名
学号
实验名称：
实验验收或提问记录：
成绩评定依据：
实验预习报告及方案设计情况（30％）：
实验考勤情况（15％）：
实验操作情况（30％）：
实验总结报告与答辩情况（25％）：
最终评定成绩：
指导教师签字：
年月日
自动控制实验报告
姓名：xxxx学号xxxxx指导教师：xxxx实验台号：
一、实验目的
1学习频率特性的实验测试方法；
2掌握根据频率响应实验结果绘制Bode图的方法；
3根据实验结果所绘制的Bode图,分析二阶系统的主要动态性能（ ）；
4研究校正装置对系统动态性能指标的影响；
OP1，积分， ；
OP2，积分， ；
OP9，反相，（-1）；
OP6，反相比例， 。
可以得到：
要求在该系统中加入超前校正装置，使系统的相位裕量≧500，幅值裕量≧10db，同时保持静态速度误差系数不变。
参考模拟电路如下图所示：
传递函数如下：
其中 ， ， ， 。
加入系统校正后，系统框图和系统模拟电路如下图所示：
C( )=5.0, =—64.47
幅频响应与相频响应实验结果与计算机仿真结果稍有差距。
5 =1.0rad/s,即T=6.28s
实验图像（绿线为输入，红线为输出）
C( )=4.9, =—74.52
Simulink建模仿真图像（上边为输入，中间为未加校正时输出，下边为加超前校正后的输出）
C( )=5.0 , =—71.66
表1-2振幅 和相位 的数据记录
0.2
0.4
0.6
0.8
0.9
1.0
1.2
1.4
1.6
2.0
3.0
④根据表格所整理的数据，在半对数坐标纸上绘制bode图，标出 ；
⑤根据绘制的bode图分析二阶系统的 ；
控制系统的超前校正：
①调整Rf=40k，使K=0.4,计算此时未校正系统的静态速度误差系数KV；
②画出来校正系统开环传递函数的Bode图，确定其相角裕量和幅值裕量；
无超前校正装置，闭环传递函数
系统闭环频率响应波特图如下所示：
串联超前校正装置
Simulink建模仿真【1】
二、实验仪器与设备
计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。
四、实验内容
1.二阶系统的频率响应
典型二阶系统的方框图和模拟电路图如图所示：
闭环频率特性为：
各运算放大器运算功能：
5学习校正装置的设计和实现方法。
二、实验预习
1、理论计算
典型二阶系统的方框图和模拟电路图如图所示：
闭环频率特性为：
闭环传递函数为：
选定R、C、 的值，使 ， ；
超前校正装置的传递函数为：
参考模拟电路如下图所示：
传递函数如下：
其中 ， ， ， 。
加入系统校正后，系统框图和系统模拟电路如下图所示：
2、计算机仿真分析
7 =1.4rad/s,即T=4.49s
实验图像（绿线为输入，红线为输出）
C( )=1.9 , =—144.32
Simulink建模仿真图像（上边为输入，中间为未加校正时输出，下边为加超前校正后的输出）
C( )=1.8, =—160.36
幅频响应实验结果与计算机仿真结果基本一致，相频响应实验结果与计算机仿真结果有差距。
实验结果与计算机仿真结果基本一致
6 =1.2rad/s,即T=5.24s
实验图像（绿线为输入，红线为输出）
C( )=2.7, =—137.40
Simulink建模仿真图像（上边为输入，中间为未加校正时输出，下边为加超前校正后的输出）
C( )=3.0, =—137.40
实验结果与计算机仿真结果基本一致。
由波特图可知未校正系统的相角裕量为23度，幅值裕量为无穷大。
3未校正系统OP3接成放大倍数为1的反相放大器时闭环阶跃瞬态响应曲线如下所示：
由图可知超调量为58%，过渡过程时间Ts为17s。
计算机仿真图：
有仿真结果可知未校正系统的超调量为53%，调整时间为20s。
实验结果与计算机仿真结果一致。
4根据对相角裕量和幅值裕量的要求，可求出校正后系统阻尼比为0.5，,超调量为16.3%。
3.通过这次的实验，我们深刻认识到了自身动手实践能力的不足。进入大学后，实验课增加了很多，但长久以来的惯性思维使得我们仍是将理论学习作为重点，对实际操作不大重视。作为工程学科来说，应用才是最终目的，不论对于理论有多么熟悉，疏于实际操作的话将永远也成为不了一名合格的工科生。这次实验使得我们更加坚定了不断提高实践能力的决心。在今后的学习中，我们会合理安排，在学习理论知识的同时加强对自身实践动手能力的锻炼。
C( )=4.0, =—57.32
幅频响应实验结果与计算机仿真结果基本一致，相频响应实验结果与计算机仿真结果有差距。
5ω=0.9rad/s,即T=6.98s
实验图像（绿线为输入，红线为输出）
C( )=4.7, =—57.32
Simulink建模仿真图像（上边为输入，中间为未加校正时输出，下边为加超前校正后的输出）
计算机仿真波特图：
二能否根据所得的波特图确定二阶系统的传递函数。
能。为了确定传递函数，首先绘出实验得到的对数幅值曲线的渐近线。渐近线的斜率必须是 20dB/十倍频程的倍数。如果在 =w2处，斜率从零变化为-40dB/十倍频程，那么二阶系统的无阻尼自然频率等于转角频率w2，阻尼比可以根据实验得到的对数幅值曲线得到，通过测量转角频率w2附近的谐振峰值的大小，得到阻尼比。由此可确定二阶系统的传递函数。
4.在这次实验的过程中，我们发现事先做好实验的预习及准备工作是非常必要的，否则在实验室当中或实验过程当中出现问题后才回过头来一个个检查是非常浪费时间的，而且还比较容易把自己弄混淆。
-137.40
-160.36
-164.89
-176
-178
由表格中数据绘制闭环系统波特图
实验所得波特图
幅频响应：
相频响应：
计算机仿真所得波特图：
由图可知，系统的谐振频率为10rad/s，谐振峰值为7.78dB。
系统的校正：
1未校正系统的静态速度误差常数KV=K=0.4
2未校正系统开环传递函数为G(s)= ，画出其波特图
1 =0.2rad/s,即T=31.4s
实验图像（绿线为输入，红线为输出）
C( )=2, =2
Simulink建模仿真图像（上边为输入，中间为未加校正时输出，下边为加超前校正后的输出）
C( )=2, =3
实验结果与计算机仿真结果基本一致
2 =0.4rad/s,即T=15.7s
实验图像（绿线为输入，红线为输出）
1.4
1.6
2.0
3.0
2
2.4
2.9
3.9
4.7
4.9
2.9
1.7
1.3
0.6
0.2
0
1.58
3.23
5.8
7.42
7.78
3.23
-1.41
-3.71
-10.46
-20
-2
-11.46
-21.43
-38.25
-57.32
-74.52
-137.40
-144.32
-155.73
-171.97
-172.35
运算放大器OP3为超前校正环节。
五、实验步骤
典型二阶系统的频率响应：
①选定R、C、 的值，使 ， ；
②用Cae98产生 ，使系统的稳态响应为 ；
③改变输入信号的频率，使 的值等于或接近于0.2，0.4，0.6，0.8，0.9，1.0，1.2，1.4，1.6，2.0，3.0rad/s，稳态时分别记录系统的响应曲线，振幅 和相位 的数据记录于表1-2；