自動控制原理實驗報告

1、精品自控實驗報告感謝下載載精品感謝下載載精品目錄實驗一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)1一、實驗?zāi)康?二、實驗儀器1三、實驗原理1四、實驗內(nèi)容2五、實驗步驟4六、實驗結(jié)果5七、實驗分析8實驗二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)9一、實驗?zāi)康?二、實驗儀器9三、實驗原理9四、實驗內(nèi)容10五、實驗步驟12六、實驗結(jié)果及分析12實驗三連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正20感謝下載載精品一、實驗?zāi)康?0二、實驗儀器20三、實驗內(nèi)容21四、 實驗步驟24五、 實驗結(jié)果24感謝下載載精品實驗一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)一、 實驗?zāi)康?. 掌握控制模擬實驗的基本原理和一般方法。2. 掌握控制系統(tǒng)時域性能指標(biāo)的測量方法。二、實驗儀器1 EL-AT-III型自動控

2、制系統(tǒng)實驗箱一臺2 計算機一臺三、實驗原理1模擬實驗的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實驗采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來， 便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。 再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計算機等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出， 便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。 若改變系統(tǒng)的參數(shù)， 還可進一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。感謝下載載精品四、實驗內(nèi)容構(gòu)成下述典型一階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應(yīng)：1. 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)。G (s)R2R12. 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)。K(K

3、R2,T R2C)G ( s)R1Ts 13. 積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)。感謝下載載G (s)精品1Ts(TRC)4. 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)。G (s)RCs5. 比例 + 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)。G ( s)K( KR2 ,T R1C)Ts 1R1感謝下載載精品五、實驗步驟1.啟動計算機，在桌面雙擊圖標(biāo)自動控制實驗系統(tǒng) 運行軟件。2.測試計算機與實驗箱的通信是否正常 ,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。比例環(huán)節(jié)：3.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路 (圖 1-1) 。電路的輸入 U1 接 A/D 、D/A 卡的 DA1 輸出，電路的輸出 U2 接

4、 A/D 、D/A 卡的 AD1 輸入。檢查無誤后接通電源。4.在實驗項目的下拉列表中選擇實驗一 一、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 。5.鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實驗課題參數(shù)設(shè)置對話框。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置相應(yīng)的實驗參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結(jié)果6.觀測計算機屏幕顯示出的響應(yīng)曲線及數(shù)據(jù)。7.記錄波形及數(shù)據(jù)（由實驗報告確定） 。慣性環(huán)節(jié)：8.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖 1-2) 。電路的輸入U1 接 A/D 、D/A 卡的DA1 輸出，電路的輸出 U2 接 A/D 、D/A 卡的 AD1 輸入。檢查無誤后接通電源。9.實驗步驟同 4 7積分環(huán)節(jié)：10. 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路 (

5、圖 1-3) 。電路的輸入 U1 接 A/D 、D/A 卡的DA1 輸出，電路的輸出 U2 接 A/D 、D/A 卡的 AD1 輸入，將積分電容兩端連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。11. 實驗步驟同 47微分環(huán)節(jié)：12. 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路 (圖 1-4) 。電路的輸入 U1 接 A/D 、D/A 卡的 DA1 輸出，電路的輸出 U2 接 A/D 、D/A 卡的 AD1 輸入。檢查無誤后接通電源。13. 實驗步驟同 47比例 + 微分環(huán)節(jié) :14. 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖 1-6) 。電路的輸入 U1 接 A/D 、D/A 卡的感謝下載載精品DA1 輸出，電路的輸出 U

6、2 接 A/D 、D/A 卡的 AD1 輸入，將積分電容連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。15. 實驗步驟同 4716. 測量系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，并記入上表。六、實驗結(jié)果記錄比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線。圖 1-1比例環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線感謝下載載精品圖 1-2慣性環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線曲線經(jīng)過點（ 160 ， -1000 ）圖 1-3積分環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線曲線過點（ 0，-1600 ）和（ 360 ，-5000 ）感謝下載載精品圖 1-4微分環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線圖 1-5比例 + 微分環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線感謝下載載精品七、實驗分析計算慣性環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并與由電路計算的結(jié)果相比較。慣性

7、環(huán)節(jié)：由模擬電路得： G (s)KR2/R12Ts1R2Cs 10.2s 1設(shè) y(t)a(1e bt )當(dāng) t, y(t)2,得 a=-2由階躍曲線得：代入點 (0.16,-得1), b 4.33y(t)2(1e 4.33t ), Y(s)21)s(0.23s則 G ' ( s)2積分環(huán)節(jié)：由模擬電路得： G (s)0.23s111110TsRCs0.1ss由點 (0,-1.6)和(0.36,-5)可得5( 1.6)由階躍曲線得：k=9.4G' ( s)9.4s分析：從以上慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的電路計算傳遞函數(shù)與階躍曲線計算的傳遞函數(shù)比較可知，實際與理論值比較接近。但是在積分環(huán)

8、節(jié)的階躍曲線中可以看出，系統(tǒng)中含有絕對值小于1的比例環(huán)節(jié)。感謝下載載精品實驗二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)一、實驗?zāi)康?研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)， 阻尼比和無阻尼自然頻率 n 對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。定量分析和n 與最大超調(diào)量 Mp和調(diào)節(jié)時間 tS 之間的關(guān)系。2學(xué)會根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。二、實驗儀器1EL-AT-III型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2計算機一臺三、實驗原理1模擬實驗的基本原理：感謝下載載精品控制系統(tǒng)模擬實驗利用運算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計算機等測量儀

9、器， 測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。2.時域性能指標(biāo)的測量方法：超調(diào)量 % ：1) 啟動計算機，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實驗系統(tǒng) 運行軟件。2) 檢查 USB 線是否連接好，在實驗項目下拉框中選中任實驗，點擊按鈕，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對話框設(shè)置好參數(shù)按確定按鈕，此時如無警告對話框出現(xiàn)表示通信正常，如出現(xiàn)警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。3) 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1 接 A/D 、D/A 卡的DA1輸出，電路的輸出U2 接 A/D 、 D/A 卡的 AD1 輸入。檢查無誤后接

10、通電源。4) 在實驗項目的下拉列表中選擇實驗一 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 。5) 鼠標(biāo)單擊 按鈕，彈出實驗課題參數(shù)設(shè)置對話框。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置相應(yīng)的實驗參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結(jié)果。6) 用軟件上的游標(biāo)測量響應(yīng)曲線上的最大值和穩(wěn)態(tài)值，代入下式算出超調(diào)量：YmaxY%100%YTS：利用軟件的游標(biāo)測量水平方向上從零到達穩(wěn)態(tài)值所需的時間值。四、實驗內(nèi)容典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：感謝下載載精品2n( s)s2 2 n sn2其中和n對系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)有決定的影響。構(gòu)成圖2-1 典型二階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應(yīng)：圖 2-1二階系統(tǒng)模擬電路根據(jù)二階系統(tǒng)的模擬電路圖， 畫出二

11、階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖并寫出系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)。把不同和n條件下測量的 Mp 和ts 值列表，根據(jù)測量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論。.畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，再由 ts 和Mp計算出傳遞函數(shù)，并與由模擬電路計算的傳遞函數(shù)相比較。感謝下載載精品五、實驗步驟1.取 w n=10rad/s,即令 R=100K ，C=1uf ；分別取=0 、 0.25 、 0.5、 1、2 ，即取 R1=100K ， R2 分別等于 0 、50K 、100K 、200K 、 400K 。輸入階躍信號，測量不同的時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量 %和調(diào)節(jié)時間 t s的數(shù)值和響應(yīng)動態(tài)曲線，并與理論值比較。2.取=0.5,w n=100r

12、ad/s,即取 R=100K ，改變電路中的電容 C=0.1uf( 注意：二個電容值同時改變 )。輸入階躍信號測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量 %和調(diào)節(jié)時間 t s。六、實驗結(jié)果及分析1.畫出二階系統(tǒng)的模擬電路圖，畫出二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖并寫出系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，圖 2-2二階系統(tǒng)模擬電路感謝下載載精品圖 2-3二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)：U 21/ T2(s)s2( K / T )s 1/ T 2U1211 ,KR2與 ( s)s22nn2比較可得：nn sT RC2 2R1改變比值 R2，可以改變二階系統(tǒng)的阻尼比；改變RC 值可以改變無阻尼自R1然頻率n 。令 R1=100K ，

13、R2 分別等于 0 、50K 、 100K 、200K 、400K ?？傻茫?=0 、0.25 、0.5 、1、2 。感謝下載載精品令電阻 R 取 100K ，電容 C 分別取 1uf 和 0.1uf, 可得 :n =10rad/s、100rad/s。2.把不同和 n 條件下測量的 %和 ts 值列表，根據(jù)測量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論。/ 12超調(diào)量：%e100%3In112調(diào)節(jié)時間： ts(5%的誤差帶 )n當(dāng) 00.9時 , ts3(5%的誤差帶 )n表 2-1由系統(tǒng)響應(yīng)曲線得出的超調(diào)量與調(diào)節(jié)時間R1/kR2/kC/ufw n (rad/s)/%t s/ms10001010-1005010.251

14、050.2%123710010010.51018.0%675100200111004781004001210012161001000.10.510018.0%62由表 2-1 可知：當(dāng)=0 時系統(tǒng)為臨界阻尼狀態(tài)，等幅振蕩；當(dāng)0< <1 時系統(tǒng)為欠阻尼狀態(tài)；當(dāng)>0 時系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)，超調(diào)量為0 。感謝下載載精品相同阻尼比的情況下，通過改變w n ，可以減小系統(tǒng)的響應(yīng)時間并減少超調(diào)量。表 1-2理論值與真實值的比較w n (rad/s)%/ 真實值t s(ms)/ 真實值%/ 理論值t s(ms)/ 理論值010-0.251050.2%123744.4%12120.51018

15、.0%67516.3%62911004780-210012160-0.510018.0%6216.3%63由表 2-2 可知：真實值與與理論值接近，普遍要大一點。且真實值與表1中的特性相同。4. 畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，再由 %和 ts 計算出傳遞函數(shù)，并與由模擬電路計算的傳遞函數(shù)相比較。依次將圖中得出的超調(diào)量%與調(diào)節(jié)時間 ts 代入公式反解出、w n。感謝下載載精品圖 2-4=0 ， w n=10rad/s的響應(yīng)曲線圖 2-4 中無法得出準(zhǔn)確的超調(diào)量% 與調(diào)節(jié)時間t s，若令 %=96%，ts =20s可得：0.013, n11.545真實傳遞函數(shù)(s)133.30.3s133.3s2而理論傳遞函

16、數(shù)1000 (s)100s2可見真實的傳遞函數(shù)與理論差別不大，在誤差允許范圍之內(nèi)。圖 2-5=0.25 ， w n=10rad/s的響應(yīng)曲線圖 2-5 中超調(diào)量 %=50.2% 、調(diào)節(jié)時間 t s =1237ms ，分別代入公式中得：感謝下載載精品0.214, n 11.407真實傳遞函數(shù)(s)130.14.9 s130.1s2而理論傳遞函數(shù)(s)10005s100s2可見真實的傳遞函數(shù)與理論差別不大，在誤差允許范圍之內(nèi)。圖 2-6=0.5 ， wn =10rad/s的響應(yīng)曲線圖 2-6 中超調(diào)量 %=18.0% 、調(diào)節(jié)時間 t s =675ms，分別代入公式中得：0.479, n 5.282

17、真實傳遞函數(shù)(s)27.95.1s27.9s2而理論傳遞函數(shù)0 (s)10010s100s2可見真實的傳遞函數(shù)與理論有些誤差。感謝下載載精品圖 6-7=1 ， w n=10rad/s的響應(yīng)曲線圖 2-7 中超調(diào)量 %=0 、調(diào)節(jié)時間 ts =478ms，分別代入公式中得：1,令 =0.99, 得 n10.478真實傳遞函數(shù)(s)109.819.1s109.8s2而理論傳遞函數(shù)(s)100020s100s2可見真實的傳遞函數(shù)與理論差別不大，并在誤差允許范圍之內(nèi)。感謝下載載精品圖 2-8=2 ， w n=10rad/s的響應(yīng)曲線圖 2-8 中超調(diào)量 %=0 、調(diào)節(jié)時間 ts =1216ms，分別代

18、入公式中得：1,得 n 9.786真實傳遞函數(shù)(s)95.819.6 s 95.8s2而理論傳遞函數(shù)0 (s)10040s 100s2可見真實的傳遞函數(shù)與理論差別不大。圖 2-9=0.5 ， w n =100rad/s的響應(yīng)曲線感謝下載載精品圖 2-9 中超調(diào)量 %=18.0% 、調(diào)節(jié)時間 t s =62ms ，分別代入公式中得：0.479,n105.38311105.6真實傳遞函數(shù)(s)s2101s11105.610000而理論傳遞函數(shù)0 (s)s2 100s 10000可見真實的傳遞函數(shù)與理論差別不大，并在誤差允許范圍之內(nèi)。實驗三連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正一、實驗?zāi)康?. 加深理解串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)

19、動態(tài)性能的校正作用。2. 對給定系統(tǒng)進行串聯(lián)校正設(shè)計，并通過模擬實驗檢驗設(shè)計的正確性。二、實驗儀器1EL-AT-III型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺感謝下載載精品2計算機一臺三、實驗內(nèi)容1串聯(lián)超前校正（ 1）系統(tǒng)模擬電路圖如圖 3-1 ，圖中開關(guān) S斷開對應(yīng)未校情況，接通對應(yīng)超前校正。圖 3-1超前校正電路圖（ 2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 3-2圖 3-2超前校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖感謝下載載精品Gc1( s)2圖中2(0.055 s1)Gc2(s)10.005s2串聯(lián)滯后校正（ 1） 模擬電路圖如圖 3-3 ，開關(guān) s斷開對應(yīng)未校狀態(tài)，接通對應(yīng)滯后校正。圖 3-3滯后校正模擬電路圖（ 2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示如圖 3-4圖

20、 3-4滯后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Gc1( s) 5圖中5( s1)Gc2(s)16s3串聯(lián)超前滯后校正感謝下載載精品（ 1） 模擬電路圖如圖 3-5 ，雙刀開關(guān)斷開對應(yīng)未校狀態(tài)，接通對應(yīng)超前滯后校正。圖 3-5超前滯后校正模擬電路圖（ 2） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示如圖 3-6 。圖 3-6超前滯后校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Gc1( s) 6圖中6(1.2s1)(0.15s1)Gc2(s)1)(0.05s1)(6 s感謝下載載精品四、 實驗步驟超前校正：1連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3-1) ，開關(guān) s放在斷開位置。2系統(tǒng)加入階躍信號，測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量%和調(diào)節(jié)時間 ts 。3開關(guān) s接通，重復(fù)步驟 2 ，并將

21、兩次所測的波形進行比較。滯后校正：4連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3-3) ，開關(guān) s 放在斷開位置。系統(tǒng)加入階躍信號。測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量%和調(diào)節(jié)時間 ts 。5開關(guān) s接通，重復(fù)步驟 2 ，并將兩次所測的波形進行比較超前 - 滯后校正：6. 接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路 (圖 3-5) 。雙刀開關(guān)放在斷開位置。系統(tǒng)加入階躍信號。測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量 %和調(diào)節(jié)時間 ts7 雙刀開關(guān)接通，重復(fù)步驟 2 ，并將兩次所測的波形進行比較。五、 實驗結(jié)果1計算串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)Gc(s) 和校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。串聯(lián)超前校正：2(0.055 s1)Gc (s)0.005s1串聯(lián)滯后校正

22、：5(s1)Gc (s)6s1串聯(lián)超前 - 滯后校正：感謝下載載精品6(1.2s1)(0.15 s1)Gc (s)(6 s1)(0.05s1)2畫出校正后系統(tǒng)的對數(shù)坐標(biāo)圖，并求出校正后系統(tǒng)的c及。串聯(lián)超前校正：之前：4040s(0.2s1) 0.2s2sG (s)之后： G ' ( s)40(0.055 s 1)2.2s 40ss(0.2s1)(0.005s1) 0.001s30.205s2MATLAB: b1=40;a1=0.2,1,0;subplot(1,2,1);bode(b1,a1);margin(b1,a1);b2=2.2,40;a2=0.0001,0.205,1,0;sub

23、plot(1,2,2);感謝下載載精品圖 3-7串聯(lián)超前校正前后波特圖bode(b2,a2);margin(b2,a2);c由圖 3-7 可得 :'c13.7rad / s,20o15.7rad / s, '57.7o感謝下載載精品圖 3-8串聯(lián)超前校正前后波特圖對比由圖 3-8 可見校正后的相角裕度得到增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性得到了改善。串聯(lián)滯后校正：之前： G (s)5050s(0.05 s1)(0.1s1) 0.005s30.15s2s之后：50(s 1)50s 50s(0.05 s1)(0.1s1)(6s 1) 0.03s40.905s36.15 s2sG (s)MA

24、TLAB: b1=50;a1=0.005,0.15,1,0;subplot(1,2,1);bode(b1,a1);margin(b1,a1);b2=50,50;a2=0.03,0.905,6.15,1,0;subplot(1,2,2);感謝下載載精品圖 3-9串聯(lián)滯后校正前后波特圖bode(b2,a2);margin(b2,a2);c由圖 3-9 可得 :'c18rad / s,13o6.65rad / s, '30.8o圖 3-10串聯(lián)滯后校正前后波特圖對比由圖 3-10 可見校正后的相角裕度得到增加，校正通過快速性換取了系統(tǒng)的穩(wěn)定感謝下載載精品性。超前 - 滯后校正：之前：

25、 G (s)10101)(0.01s1)0.001s30.11s2ss(0.1sG(s)60(1.2s1)(0.15s1)之后：s(0.1s1)(0.01s1)(6s1)(0.05s1)10.8s281s600.0003s50.03905s40.9665s36.16s2sMATLAB: b1=10;a1=0.001,0.11,1,0;subplot(1,2,1);bode(b1,a1);margin(b1,a1);b2=10.8,81,60;a2=0.0003,0.03905,0.9665,6.16,1,0;subplot(1,2,2);bode(b2,a2);margin(b2,a2);圖 3-11串聯(lián)超前 - 滯后校正前后波特圖感謝下載載精