自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、GDOU-B-11-112廣東海洋大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書（學(xué)生用表）實(shí)驗(yàn)名稱典型三階系統(tǒng)研究課程名稱自動(dòng)控原理制綜合實(shí)驗(yàn)課程號(hào)j1630010學(xué)院(系)信息學(xué)院專業(yè)電氣工程班級(jí)電氣1081學(xué)生姓名霍兆權(quán)學(xué)號(hào)200811631114實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)科技樓實(shí)驗(yàn)日期一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1學(xué)習(xí)和掌握典型高階系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試方法。2分析典型高階系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)靜態(tài)性能的影響。3掌握典型系統(tǒng)的電路模擬和數(shù)字仿真研究方法。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器 1. 裝有MATLAB的PC機(jī) 2. 電路仿真軟件如Multisim,或者實(shí)物的電路和雙蹤示波器三、 實(shí)驗(yàn)原理 1圖1 典型三階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖圖1 典型三階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2、方框圖已知典型三階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示：其開環(huán)傳遞函數(shù)為，通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的某些參數(shù)，已達(dá)到對(duì)系統(tǒng)性能上滿足要求如系統(tǒng)裕量，系統(tǒng)超調(diào)量，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間等等?？梢酝ㄟ^(guò)伯德圖或各個(gè)計(jì)算公式得到相應(yīng)的結(jié)果，這里不再展開。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 典型三階系統(tǒng)電路模擬研究；2 典型三階系統(tǒng)數(shù)字仿真研究；3 分析比較電路模擬和數(shù)字仿真研究結(jié)果。五、 實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)1. 模擬電路研究（1）由于條件及時(shí)間有限，這里不采用真實(shí)的電路環(huán)境來(lái)對(duì)三階系統(tǒng)的真實(shí)控制效果，而是采用模擬電路仿真軟件multisim來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的搭建。雖然說(shuō)這始終是一種數(shù)字仿真，但相對(duì)MATLAB來(lái)說(shuō)，它只是數(shù)學(xué)模型上的仿真，而且，器件

3、的輸入輸出關(guān)系，成績(jī)指導(dǎo)教師日期注:請(qǐng)用A4紙書寫，不夠另附紙。第1頁(yè)，共5頁(yè)GDOU-B-11-112廣東海洋大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書（學(xué)生用表）實(shí)驗(yàn)名稱典型三階系統(tǒng)研究課程名稱自動(dòng)控原理制綜合實(shí)驗(yàn)課程號(hào)j1630010學(xué)院(系)信息學(xué)院專業(yè)電氣工程班級(jí)電氣1081學(xué)生姓名霍兆權(quán)學(xué)號(hào)200811631114實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)科技樓實(shí)驗(yàn)日期器件的耐壓，溫度系數(shù)等等，都被考慮到仿真效果中，和真實(shí)的電路差別不多。所以可以用來(lái)仿真，深化對(duì)電子器件構(gòu)成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技巧。（2）使用multisim設(shè)計(jì)的仿真電路圖如下：（3）該電路以1V的電壓為信號(hào)輸入，開關(guān)Key=A由斷開到閉合時(shí)，相當(dāng)于向系統(tǒng)輸入一個(gè)階躍

4、信號(hào)，得到1V電壓，可以采用電阻分壓的方法，輸入為12V電壓，那么，用110K和10K的電阻串聯(lián)就可以了。如圖R15與R16組成的電路。也可以使用555定時(shí)器來(lái)構(gòu)建一個(gè)方波發(fā)生器，以適當(dāng)?shù)念l率來(lái)輸入，也能觀察到如階躍信號(hào)的多個(gè)階躍波形。這里不再展開。控制器采用兩片TL041N*4運(yùn)放來(lái)構(gòu)成三階系統(tǒng)，各個(gè)運(yùn)放的電路原理如下：U1A,R2,R3,R1,R15組成而輸入比例器，若只考慮開環(huán)傳遞函數(shù)，可以把反饋量為0得U1A/Ui=-R15/R2=-1; U1A(S)= Ui（s），同理，可以得U2A為積分器，U3A為慣性環(huán)節(jié)，U4A也為慣性環(huán)節(jié)，系統(tǒng)總的開環(huán)傳遞函數(shù)為其中T0=10u*100k=1S

5、；T1=1u*100k=0.1S；T2=1u*500k=0.5S；K1=100k/100k=1；K2=500/Rx；即成績(jī)指導(dǎo)教師日期注:請(qǐng)用A4紙書寫，不夠另附紙。第2頁(yè)，共5頁(yè)GDOU-B-11-112廣東海洋大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書（學(xué)生用表）實(shí)驗(yàn)名稱典型三階系統(tǒng)研究課程名稱自動(dòng)控原理制綜合實(shí)驗(yàn)課程號(hào)j1630010學(xué)院(系)信息學(xué)院專業(yè)電氣工程班級(jí)電氣1081學(xué)生姓名霍兆權(quán)學(xué)號(hào)200811631114實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)科技樓實(shí)驗(yàn)日期 其中，K=500/R10，Rx的單位為kW。系統(tǒng)特征方程為，根據(jù)勞斯判據(jù)得到：當(dāng)0<K<12時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)K=12時(shí)，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，作等幅振蕩；當(dāng)K>

6、12時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。根據(jù)K求取Rx，改變Rx即可實(shí)現(xiàn)三種類型的實(shí)驗(yàn)。畫出它們分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和穩(wěn)定的三種情況響應(yīng)曲線。K=7.5, R10=67kK=12, R10=42kK=15, R10=33k（4）事實(shí)上，除了開環(huán)增益K對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性有影響外，系統(tǒng)中任何一個(gè)時(shí)間常數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都有影響，對(duì)此說(shuō)明如下：令系統(tǒng)的截止頻率為wc，則在該頻率時(shí)的開環(huán)頻率特性的相位為：相位裕量為：由此可見(jiàn)，時(shí)間常數(shù)T1和T2的增大都會(huì)使相位裕量減小，改變系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2. 使用MATLAB仿真系統(tǒng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為成績(jī)指導(dǎo)教師日期注:請(qǐng)用A4紙書寫，不夠另附紙。第3頁(yè)，共5頁(yè)GDOU

7、-B-11-112廣東海洋大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書（學(xué)生用表）實(shí)驗(yàn)名稱典型三階系統(tǒng)研究課程名稱自動(dòng)控原理制綜合實(shí)驗(yàn)課程號(hào)j1630010學(xué)院(系)信息學(xué)院專業(yè)電氣工程班級(jí)電氣1081學(xué)生姓名霍兆權(quán)學(xué)號(hào)200811631114實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)科技樓實(shí)驗(yàn)日期對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行如下分析，觀察并記錄三階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，讀出系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差并記錄。(1)按K=10， T0=1，Tl=0.1， T2=0.5的要求，設(shè)置圖中相應(yīng)參數(shù)。超調(diào)量%調(diào)節(jié)時(shí)間ts穩(wěn)態(tài)誤差ess80.59%22.880(2)按K=10，T0=0.55，Tl=0.25，T2=0.055的要求，調(diào)整圖中相應(yīng)參數(shù)。超調(diào)量%調(diào)節(jié)時(shí)間t

8、s穩(wěn)態(tài)誤差ess79.49%9.780(3)令T0=1，Tl=0.1， T2=0.5，用示波器觀察并記錄K分別為7.5，12，和15三種情況下的單位階躍響應(yīng)曲線。K=7.5K=12K=15(4)令K =15，T0=0.55，Tl=0.25，用示波器觀察并記錄T2分別為0.15和0.55時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線。成績(jī)指導(dǎo)教師日期注:請(qǐng)用A4紙書寫，不夠另附紙。第4頁(yè)，共5頁(yè)GDOU-B-11-112廣東海洋大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書（學(xué)生用表）實(shí)驗(yàn)名稱典型三階系統(tǒng)研究課程名稱自動(dòng)控原理制綜合實(shí)驗(yàn)課程號(hào)j1630010學(xué)院(系)信息學(xué)院專業(yè)電氣工程班級(jí)電氣1081學(xué)生姓名霍兆權(quán)學(xué)號(hào)200811631114實(shí)驗(yàn)

9、地點(diǎn)科技樓實(shí)驗(yàn)日期T2=0.15T2=0.25六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 通過(guò)用multisim仿真，可以得出系統(tǒng)穩(wěn)定，臨界穩(wěn)定，發(fā)散的波仿真的波形，和用MATLAB仿真的波形比較，可以發(fā)現(xiàn)：K=12時(shí)，通過(guò)計(jì)算和MATLAB仿真，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，而在mutisim中，系統(tǒng)卻是發(fā)散的，這是因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)本身有震蕩，只是通過(guò)負(fù)反饋來(lái)抑制噪聲，而當(dāng)系統(tǒng)理論上的臨界穩(wěn)定時(shí)，沒(méi)有考慮到器件的溫度系數(shù)和噪聲影響，所以效果不同。2、 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)用MATLAB仿真，得到改變系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的響應(yīng)，可以更好的了解三階系統(tǒng)的性能調(diào)節(jié)。七、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，雖然不能做實(shí)物的仿真，但是，通過(guò)熟悉貼近真實(shí)硬件仿真的multisim，可以更方便的對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)與仿真，而無(wú)需當(dāng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)有問(wèn)題時(shí)，要重新電路，而且也不好分析問(wèn)題。通過(guò)兩種仿真的對(duì)比，