自動控制實驗報告北航系大三DOC

1、自動控制原理實驗報告院系：宇航學院班級：學號：姓名：實驗五采樣系統(tǒng)研究 . 3實驗六狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器 9實驗七非線性環(huán)節(jié)對系統(tǒng)動態(tài)過程的響應 17實驗五采樣系統(tǒng)研究、實驗目的1. 了解信號的采樣與恢復的原理及其過程，并驗證香農(nóng)定理2. 掌握采樣系統(tǒng)的瞬態(tài)響應與極點分布的對應關(guān)系。3. 掌握最少拍采樣系統(tǒng)的設(shè)計步驟。、實驗原理1. 采樣：把連續(xù)信號轉(zhuǎn)換成離散信號的過程叫采樣2. 香農(nóng)定理： 如果選擇的采樣角頻率-s，滿足- 2 max條件（ - max為連續(xù)信號頻譜的上限頻率），那么經(jīng)采樣所獲得的脈沖序列可以通過理想的低通濾波器無失真地恢復原 連續(xù)信號。3.信號的復現(xiàn)：零階保持器是將采樣信號

2、轉(zhuǎn)換成連續(xù)信號的元件，是一個低通 濾波器。其傳遞函數(shù)：s4. 采樣系統(tǒng)的極點分布對瞬態(tài)響應的影響：Z平面內(nèi)的極點分布在單位圓的不同位置，其對應的瞬態(tài)分量是不同的5. 最小拍無差系統(tǒng):通常稱一個采樣周期為一拍，系統(tǒng)過渡過程結(jié)束的快慢常采用采樣周期來表示，若系統(tǒng)能在最少的采樣周期內(nèi)達到對輸入的完全跟蹤，則稱為最少拍誤差系統(tǒng)。對最小拍系統(tǒng)時間響應的要求是：對于某種典型輸入，在各采樣時刻上無穩(wěn)態(tài)誤差；瞬態(tài)響應最快，即過渡過程盡量早結(jié)束，其調(diào)整時間為有限個采樣周期。從上面的準則出發(fā)，確定一個數(shù)字控制器，使其滿足最小拍無差系統(tǒng)。三、實驗內(nèi)容1.通過改變采頻率T =0.01s,0.2s,0.5s，觀察在階躍

3、信號作用下的過渡過程。被控對象模擬電路及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別如下圖所示：Y(z)圖中，D(z) =U (z)/E(z) h，系統(tǒng)被控對象脈沖傳遞函數(shù)為:G(吩1-Z-S-Je4(1 d)z-e系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為:Gw(z)二 D(z)G(Z) =4(16斗)z-e系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為:Gw(z)1+Gw(z)在Z平面內(nèi)討論，當采樣周期T變化時對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。1G(s)=2.當采樣周期T =1s時，s(s 1)，設(shè)計D(z)，使該系統(tǒng)在單位階躍信號作用下為最小拍無差系統(tǒng)，觀察并記錄理論與實際系統(tǒng)輸出波形。3.當采樣周期T =1s時,G(s)二10s(s 1)，設(shè)計 D(z)使該系統(tǒng)在斜坡信號作

4、用下為最小拍無差系統(tǒng)，觀察并記錄理論與實際系統(tǒng)輸出波形四、實驗數(shù)據(jù)及處理、1)T=0.01s仿真結(jié)果：數(shù)字半實物2) TH0.2S a-2 AH f1g 一(5 )死區(qū)特性六、分析非線性環(huán)節(jié)對系統(tǒng)的影響1死區(qū)特性：死區(qū)特性最直接的影響是使系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差。當系統(tǒng)輸入為速度信號時，受死區(qū)的影響，系統(tǒng)無調(diào)節(jié)作用，導致系統(tǒng)輸出在時間上的滯后，降低了系統(tǒng)的跟蹤精度。而在另一方 面，當系統(tǒng)輸入端存在小擾動信號時，在系統(tǒng)動態(tài)過程的穩(wěn)態(tài)值附近，死區(qū)的作用可減小擾動信號的影響?？紤]死區(qū)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。無死區(qū)特性時，阻尼比較小，系統(tǒng)超調(diào)量較大。當死區(qū)存在時，非線性特性的等效增益在O-kO之間變化。當|x(

5、t)|較大時，閉環(huán)極點為阻尼比較小的共軛復極點，系統(tǒng)響應速度快，當|x(t)|較小時，等效增益下降，閉環(huán)極點為具有較大阻尼比的共軛復極點或?qū)崢O點，系統(tǒng)振蕩性減弱，因而可降低系統(tǒng)的超調(diào)量。2、飽和特性：飽和特性的等效增益曲線表明，飽和現(xiàn)象將使系統(tǒng)的開環(huán)增益在飽和區(qū)時下降?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計時，為使功放元件得到充分利用，應注使功放級首先進入飽和； 為獲得較好的動態(tài)性能，應通過合適選擇線性區(qū)增益和飽和電壓，使系統(tǒng)既能獲得較小的超調(diào)量，又能保證較大的開環(huán)增益，減小穩(wěn)態(tài)誤差。飽和區(qū)對系統(tǒng)閉環(huán)極點的分析過程與繼電特性類同。3、摩擦特性：摩擦對系統(tǒng)性能的影響最主要的是造成系統(tǒng)低速運動的不平滑性，即當系統(tǒng)的輸入軸作低速平穩(wěn)運轉(zhuǎn)時，輸出軸的旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)跳躍式的變化。這種低速爬行現(xiàn)象是由靜摩擦到動摩擦的跳變產(chǎn)生的。4、繼電特性：理想繼電特性串入系統(tǒng)， 在小偏差時開環(huán)增益大， 系統(tǒng)的運動一般呈發(fā)散性質(zhì)；而在大偏差時開環(huán)增益很小， 系統(tǒng)具有收斂性質(zhì)。故理想繼電控制系統(tǒng)最終多半處于自持振蕩工作 狀態(tài)。繼電特性能夠使被控制的執(zhí)行裝置在最大輸入信號