北航自动控制原理实验报告_含数据（完整版）

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1、・・・・・・word文档・・••范文范例•完美整理 专业资料…学习•参考•分亨 自动控制原］ 实验报告册 班级： 学号： 姓名： 2010年1月2日 目 录 实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试.3 实验二频率响应测试 8 实验三控制系统串联校正 18 word文档・•・・范文范例•完芙整理 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

2、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 专业资料..•学习•参考•分字 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, 并测定其过渡过程时间 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 K 1. 一阶系统：系统传递函数为：4>(s)二厢T討 模拟运算电路如图1- 1所示： word文档..••范文范例•完茨整理 图1- 1 s(s)_ &】

3、_ M 由图］-1得 □⑶_划禽+1 一協+1 在实验当中始终取R2= R1,则K=l, T二R2C取不同的时 间常数T分别为：0.25、0.5、1 2. 二阶系统: 敬月_ c⑸_ 减 其传递函数为： 尺⑸炉十25屛十况 令3沪1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示: R(s)— 2 S (*^-5+7? r CCs) 图1-2 &二 RG 二 g 取R2C1=1 , R3C2 =1,则览 儿 及 1取不同的值C =0. 25 , "0.5, "1 •专业

4、资料…学习•参考•分孚 word文档・•・・范文范例•完芙整理 实验电路图: 一阶： 二阶: C2 四、实验数据表 根据实验要求选取的参数如下: 一阶 T 0. 25 0.5 1 R= 510K 510K 1M C 0.47u 1M 1 U Ts实测 0. 7190 1. 5790 3. 0900 专业资料•••学习•参考•分字 word文档・•・・范文范例•完芙整理 Ts 理论 0.75 1.5 3 二阶 专业资料…学习•参考•分亨 1 0.25 0. 5 1 R4 2M

5、1M 470K C2 1 H 1 H 1 U b%实测 40. 1460 16.1408 0 <7%理论 44.4344 16. 3034 0 Ts实测 10. 8790 5. 4380 4. 8780 Ts理论 11 7 4. 75 五、实验结果图 注：时间轴单位：t/10ms,下面实验同。 依次取 1=0・25、0.5. 1.0 一阶: word文档..••范文范例•完茨整理 二阶: 六

6、、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 专业资料..•学习•参考•分享 word文档・•・・范文范例•完芙整理 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围内，可以接受。 实验

7、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。 图2-2 5. 系统传递函数为: 200 F + W+200 取R=200KQ,则  取R二500KQ,则 500 F + W+500 若正弦输入信号为Ui (t) =AlSin (31),则当输出达到稳 态时，其输出信号为Uo(t)=A2Sin(ot+$)o改变输入信号 频率二書值，便可测得二组

8、A1/A2和⑩随f (或3)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 算其比值A2/A1。 2.实验釆用“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（3t）=XmSin（31） Y （31） =YmSin （31 + ⑰） 若以X(t)为横轴，Y(t)为纵轴，而以3作为参变量，则随着 3t的变化，X(t)和Y(t)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”。

9、 厂 1 ■ ■ 、 r A \ c 1 y[3t]  3. 相位差角甲的求法： 对于 X (31) =XmSin (31)及 Y (w t)= YmSin ( 31) 当3t=0时，有 X(0)=0 ； Y(0)=Ym Sin(ip) 即⑰二ArcSin (Y(0)/ Ym) , OWVWn/2时成立。 实验电路图： C2 四、 实验数据表 K=2 1 2 3 4 5 6 7 S 9

10、 f 0. 955 1.273 1.592 2. 069 2.228 2. 387 3.183 3. 979 4. 775 W 6 8 10 13 11 15 20 25 30 Ac/Ar 1. 135 1.229 1.318 1.303 1.223 1. 139 0. 759 0. 539 0. 392 Ym/YO 2. 381 1.658 1.260 1.008 1.002 1.039 1.689 3. 365 5. 764 ① /( ) 25. 35 37. 09 52. 53 82. 93 8

11、6. 02 74. 32 36. 30 17. 29 9. 99 K=5 1 2 3 4 5 6 7 S 9 f 0. 637 0. 955 1.273 1.592 2. 228 2. 546 2. 865 3. 183 3. 501 word文档・•・・范文范例•完芙整理 W 4 6 8 10 14 16 18 20 22 Ac/Ar 0. 909 0. 928 1.073 1.135 1.383 1.581 1.787 2. 007 2. 128 Ym/YO 10. 397 7.

12、 084 5. 425 4. 049 2. 246 2.710 1.426 1. 131 1.008 ① /( ) 25. 35 37. 09 10. 62 14. 30 26. 44 21.66 44. 54 62. 14 82. 86 五、实验结果图（按w递增排序） K=2 专业资料…学习•参考•分亨

13、 CCb C0 E 艾0 ⑹皿 6OT 7T0 6 5C0 1CO3 K=5

14、 六、计算系统传递函数 K=2 拟合的幅频曲线：（三阶拟合） A=l. 317; w.= 12. 4rad/s 故亀=—— = 1 ・317 => ： = 0.4179; wm = wn -孑=12 Arad / s=> wn = 13.6490 w. 18

15、6.29 系统传递函数G(s)二? * 咖*咗疋+11.4s +186.29 K=5 拟合的幅频曲线：(二阶拟合) Aa=2. 127; w.= 21. 66rad/s 故 A加=——yj―二=2.127 => 歹=0.2423; %.=叫 J-了 = 2166加 /s => 叫=23.0110 word文档..••范文范例•完茨整理 系统传递函数G⑸- , %2 ,= 丁+2歹叫$ +叫「 _ 529.5 52+ 11.155 + 529.5 七、数据分析 实验结果较为理想，与理论

16、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。 专业资料…学习•参考•分亨 word文档・•・・范文范例•完芙整理 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

17、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 1.系统结构如图3-1所示: 专业资料…学习•参考•分亨 其中Gc(s)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。 2.系统模拟电路如图3-2所示: R5 3•未加校正时,Gc (s)=l o aTS + 1 4•加串联超前校正时，Gc(S)= Ts +1 G?>1) 给定a=2. 44 T=0. 26 ,则 0.63S + 1 0.26S + 1。 bTS +1 5.加串联滞后校正时，GHs)_

18、 Ts +1 (O<^ / \ 10^ + 1 给定 b=0. 12 ・ T=83. 33,则 —83.33S + 1。 四、实验数据 Wc=l. 49rad/sec Pm二一5& 2 1. 未加校正 2. 加超前校正 3. 加滞后校正 依图线，得系统截止频率Wc、（相位）稳定裕度Pm： Wc=2. 38rad/sec Pm=47. 4 Wc=0. 449rad/sec Pm=54. 8 实验电路图: C2 word文档•…范文范例•完类整理 •% 100 200 300 400 600 600 700 800

19、 900 1000 五、实验结果图 1. 3 2.5 2 15 1 0.5 0 专业资料…学习•参考•分亨 Bode Diagram Gm = -109 dB (at 0.00372 rad/sec) , Pm = -56.2 deg (at *1.49 rad/sec) 100 50 0 -50 -100 -150 180 Gap) Ola 90 w2 135 10_1 10 Q 101 Frequency (rad/sec)

20、 2.5 2 15 1 0.5 0 •-% 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 100 50 o 书Q -100 Bode Diagram Gm = 77.5 dB (at 269 rad/sec) , Pm = 47.4 deg (at 2.38 rad/sec) -180 4护 -135 101 w_1 Fre

21、quency (rad/sec) 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 •-% 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -100 -120 Bode Diagram Gm = 104 dB (at 269 rad/sec) , Pm = 54.S deg (at 0.449 rad/sec) 50 ■ 0 -50 -180 4护 -150 1O_1 101 1O2 Frequency (rad/sec)

22、 word文档・•・・范文范例•完芙整理 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 4 专业资料..•学习•参考•分字 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 做了之前没有做完的部分实验，得到了比较良好的实验数 据。通过本学期的自动控制实验，我更直观地认识了自动 控制这门工程的操作、设计等过程与其原理，对课本所学 知识加深了认识与理解。另外对数学软件Matlab也有了一 定的了解，可以用其做一些基础的计算及绘图，掌握了一 些简单的程序。