自动控制理论实验讲义
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
自动控制理论实验讲义
天津大学自动化学院
2004
实验一 自动控制系统的模拟实验
一. 实验目的:
1. 学习应用运算放大器线性组件模拟自动控制系统的方法。了解应用模拟的方法分析自动控制系统的原理。
2. 通过实验,验证线性自动控制系统中: 1) 系统开环增益和系统动态性能的关系。
2) 各组成环节的时间常数的分布对系统的动态性能的影响。 3) 增加开环极点或开环零点对系统的动态性能的影响。 二. 实验内容:
1. 应用运算放大器模拟惯性环节(图1-1)
()1
K
G s Ts =
+,其中1,x o R K T R C R =-=(秒)
观察输入讯号u r 为阶跃函数时的输出电压u c 的过渡过程曲线。
2.
按照图1-2系统,当K 分别等于0、5、2、4时,输入电压u r 为阶跃函数,由示波
器上描绘系统的过渡过程曲线,并响应读出超调量6%,上升时间
t p 及调节时间t s 。
图1-2
3. 改变线路为图
1-3所示系统,记录当错开时间常数之后的过渡过程,与2中同样放大倍数(K)时的系统的过渡过程进行比较。
图1-3
4. 改接线路如图1-4所示系统,系统增加一个开环极点,记录其相应的过渡过程。
图1-4
5. 改接线路为图1-5所示之系统,记录增加零点的系统过渡过程。τ值分别为0.05,0.1,0.2,其中比例-积分环节的模拟线路,可采用图1-6的线路,其传递函数为:
1
21212
()(1)G
s s k
R R
C
R R R R k R ττ=+⋅=++=
(秒)
图1-5
6. 观察比例-微分环节输出的过渡过程曲线。 三.预习报告内容:
1. 画出所有进行试验的系统的模拟图,如图1-7中k=0.5时,应画出如下的模拟图,图中应标明相应的参数。
2. 用时域方法求出图1-2中所对应系统的动态品质,求出相应的E ,ωn ,t p ,t s 和σ%。
3.用根轨迹法去近似估计图1-4和图1-5所对应系统得动态品质。
四.本实验是用XM-I型系统模拟实验仪进行实验
因此,在实验前应对该实验仪的排版有较清楚的了解,以便拟定正确的接线图。
五.系统模拟装置简介
1.信号输出:由 12V可调电源作为给定电压,从信号输出点加到放大器的
输入端。调节信号时旋转“信号调节”旋钮。测量信号大小时按“信号测量”按钮,改变信号极性按下“信号极性”开关“+”或“-”。
2.在装置投入运行前,一定要先对各运算放大器进行调零,按下“调零”按
钮,通过“输出选择”拨码开关,测量各运放的输出值。并进行“0”位调整。
3.各运放接线板图如图1-8所示。
通过插接导线连接成所需的电路和参数。
实验三 根轨迹仿真分析
一. 实验目的:
1. 学习和掌握根轨迹的原理及绘制方法
2. 掌握开环零、极点在不同配置时,闭环根轨迹的变化特点及对系统动态
性能的影响。
3. 掌握当增加开环零、极点时,闭环根轨迹的变化特点及对系统动态性能
的影响。
4. 知道产生零度根轨迹的原因,了解参数根轨迹的绘制方法。
5. 了解运用计算机仿真绘制根轨迹的方法。 二. 实验内容:
1. 观察二极点一零点系统的根轨迹
(1).指出该根轨迹的起始点与终止点,并说明它们与开环传函零、极点的关系;
(2).指出根轨迹的分支数,在图上读出分离点坐标;
(3).指出该类型根轨迹图形的特点,并在进一步实验中验证。 2. 改变开环零极点位置对根轨迹的影响
(1).给定一组Z ,p 1,p 2的值,绘出它的根轨迹。
(2).取1122','p p p p ==,分别使','Z Z Z Z ><,绘出根轨迹,观察改变开环零点位置对系统性能的影响。
(3).取'Z Z =,改变12','p p 与12,p p 的大小关系,绘出根轨迹,观察改变开环极点位置对系统性能的影响。
3. 改变零极点个数对根轨迹的影响
图三 (1). 输入参数Z ,观察当增加一个开环零点时根轨迹的变化,零点位置变化
对根轨迹的影响,对闭环系统的响应的影响。
(2). 输入参数P,观察当增加一个开环极点时根轨迹的变化,极点位置变化
对根轨迹的影响,对闭环系统的响应的影响。
(3). 观察同时引入开环极点和零点时,闭环根轨迹的变化和闭环系统的响
应的变化。
(4). 观察引入重极点或者重零点时系统的根轨迹。
(5). 观察增加一对开环偶极子时系统根轨迹的变化,以及系统动态响应和
稳态特性的变化。
(6). 观察当引入的开环零极点与原系统零极点对消时根轨迹的变化。
4.互逆系统的根轨迹
图四
观察上述互逆系统根轨迹的异同。
5. 零度根轨迹
观察根据图五系统所绘制的根轨迹与一般根轨迹的区别,判断导致零度根轨迹的原因。
观察根据图六系统所绘制的根轨迹,判断导致零度根轨迹的原因。
6.参数根轨迹
绘制下面方程的根轨迹,并与计算机绘制图形比较。
其中K1及K2是可变参数,且其值都在0到∞之间。
7.绘制任意系统的根轨迹
自由改变a0,a1,a2,b0,b1,b2,b3和r的值,观察绘制出的根轨迹图。(提示:可任选课本后作业题,验证正确性)。