自动控制原理实验报告

自动控制原理

实验报告

实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试

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.立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,

并测定其过渡过程时间TS。

2.立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,

并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。

三、实验原理

1．一阶系统：

系统传递函数为：错误！未找到引用源。

模拟运算电路如图1-1所示：

图1-1

由图得：

在实验当中始终取错误！未找到引用源。, 则错误！未找到引用源。,

错误！未找到引用源。

取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。

记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。（取错误！

未找到引用源。误差带）

2．二阶系统:

其传递函数为：

错误！未找到引用源。

令错误！未找到引用源。，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

取错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，则错误！未找到引用源。及错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。取不同的值错误！未找到引用源。 , 错误！未找到引用源。, ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取错误！未找到引用源。误差带）,计算过渡过程时间Ts。

四、实验设备

1.HHMN-1型电子模拟机一台。

2.PC 机一台。

3.数字式万用表一块。

4.导线若干。

五、实验步骤

1.熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。

2.断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。

3.将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接（此处连接必须谨慎，不可接错）。线路接好后，经教师检查后再通电。

4.在Windows XP桌面用鼠标双击MATLAB图标后进入，在命令行处键入autolab 进入实验软件系统。

5.在系统菜单中选择实验项目，选择实验一，在窗口左侧选择实验模型，其它步骤察看概述3.2节内容。

6.观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。

7.研究性实验方法。实验者可自行确定典型环节传递函数，并建立系统的SIMULINK模型，验证自动控制理论相关的理论知识。实现步骤可察看概述3.3节内容。

实验结果

1.一阶系统

实验仿真结果图如下：

T = 0.25:

T = 0.5:

T = 1.0:

2.二阶系统

实验仿真结果图如下：

T = 0.25

T = 0.707

T = 1

七、实验结论

实验图线与理论图线基本符合，理论分析结果得到验证。实验数据结果和与理论数据有一定的误差，原因主要在于选择电阻，特别是二阶=0.707时没有合适的阻值，就直接用700千欧电阻代替707千欧；另外储能元件放电不够充分也有可能引起误差。

不管是从一阶系统还是二阶系统，越小，系统越快达到稳定，系统的快速性越好；二阶系统中，越大，系统的超调量越小，特别是当=1时，系统没有超调量。

实验二频率响应测试

一、实验目的

a)1.掌握频率特性的测试原理及方法。

b)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

c)1.测定给定环节的频率特性。

d)2.系统模拟电路图及系统结构图分别如图2-1及图2-2

e)

图2-1

图2-2

3.系统传递函数为：

取 R = R1，则错误！未找到引用源。

取 R = 5R1，则错误！未找到引用源。

若正弦输入信号为错误！未找到引用源。 , 则当输出达到稳态时，其输出信号为错误！未找到引用源。。改变输入信号频率错误！未找到引用源。 , 便可测得二组错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源。随f(或ω)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错误！未找到引用源。及错误！未找到引用源。，然后计算其比错误！未找到引用源。。

2. 实验采用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。

3.相位差角Ψ的求法：

对于错误！未找到引用源。及错误！未找到引用源。

当错误！未找到引用源。时，有错误！未找到引用源。；错误！未找到引用源。

即错误！未找到引用源。 , 显然，仅当错误！未找到引用源。时，上式才成立。

四、实验设备

1.HHMN-1型电子模拟机一台。

2.PC 机一台。

3.数字式万用表一块。

4.导线若干。

五、实验步骤

1. 熟悉 HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。

2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求,计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路,不用的运算放大器接成比例器。先选择R = R1错误！未找到引用源。。

3. 将错误！未找到引用源。与系统输入端错误！未找到引用源。连接，将错误！未找到引用源。与系统输出端错误！未找到引用源。连接。线路接好后，经教师检查后再通电。