四川大學(xué)自動(dòng)控制原理試驗(yàn)報(bào)告帶數(shù)據(jù)

1、一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二.實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.慣性環(huán)節(jié)(1)實(shí)驗(yàn)原理1(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2(4)誤差分析52 .震蕩環(huán)節(jié)(1)實(shí)驗(yàn)原理6(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)6(4)誤差分析83 .二階系統(tǒng)(1)實(shí)驗(yàn)原理9(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容9(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)9(4)誤差分析114.三階系統(tǒng)(1)實(shí)驗(yàn)原理12(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容12(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)12(4)誤差分析144 .思考題155 .心得體會(huì)1516附：實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄單實(shí)驗(yàn)一.典型環(huán)節(jié)的電模擬及階躍響應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)二.二、三階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、學(xué)習(xí)典型環(huán)節(jié)、二階三階系統(tǒng)的電模擬方法及參數(shù)測試方法；2、觀察典型環(huán)節(jié)、二階三階系統(tǒng)的階躍響

2、應(yīng)曲線，了解參數(shù)變化對動(dòng)態(tài)特性的影響;3、學(xué)習(xí)示波器的使用方法；4、學(xué)習(xí)使用MATLAB中SIMULINK的使用，進(jìn)行時(shí)域法分析。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器:1、模擬實(shí)驗(yàn)箱；2、示波器；3、計(jì)算機(jī)；4、MATLAB仿真軟件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、慣性環(huán)節(jié)(一階系統(tǒng))(1)實(shí)驗(yàn)原理KTs1“R2八K=,T=R2cR1R=100k(R2除外)。R2、C1需要計(jì)算確定。(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在輸入端加入階躍信號。a.保持T=1秒不變，分別觀察K=1、2時(shí)的輸出波形，并做記錄;b.保持T=2秒不變，分別觀察K=1、2時(shí)的輸出波形，并做記錄。(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)T=1sT=2sKR2kQC/FTr/sK實(shí)測KR2kQC/wFTr

3、/sK實(shí)測1100105.1611100208.081.04220055.68222001010.71.96K=1,T=1s時(shí)實(shí)驗(yàn)仿真圖及波形如下:untitled仿真波形實(shí)驗(yàn)波形K=2,T=1s時(shí)實(shí)驗(yàn)仿真圖及波形如下:=rLiJitiLlUli國«口de451OO%仿真波形實(shí)驗(yàn)波形K=1,T=2s時(shí)實(shí)驗(yàn)仿真圖及波形如下:K=2,T=2s時(shí)實(shí)驗(yàn)仿真圖及波形如下:實(shí)驗(yàn)波形仿真波形我們還在MATLAB中做了仿真，得到了如下曲線方便比較:T=1s時(shí)的波形圖T=2s時(shí)的波形圖(4)誤差分析K(1_eT)-1由理論公式，0.02<()一<0.05,可將數(shù)據(jù)整理如下表所示:1KT/s

4、ts(實(shí)際彳1)/(s)ts(理論值)/(s)ts(模擬值)/(s)KT/sts(實(shí)際值)/(s)ts(理論值)/(s)ts(模擬值)/(s)115.162.9963.9122.9473128.085.992-7.8245.8946215.683.219-3.6892.94732210.76.4387.3785.8946總結(jié)：慣性環(huán)節(jié)中顯示的波形是呈現(xiàn)指數(shù)型規(guī)律變化的。我們可以由傳遞函數(shù)的拉式反變換來得到傳遞函數(shù)隨指數(shù)型的變化規(guī)律函數(shù)。因此從輸入徐輸入一個(gè)單位階躍函數(shù)，并添加反相器時(shí)，其輸出的波形是緩慢上升到某一穩(wěn)定值，緩慢上升的過程即為指數(shù)過程。2、震蕩環(huán)節(jié)(1)實(shí)驗(yàn)原理Gs=1Ts2s22

5、Tss1Ri2R2R=100K(R2除外)，C=1W(2)實(shí)驗(yàn)過程T=0.1s、£=0.1、0.5、1時(shí)的輸出波形，并作記錄。在輸入端加入階躍信號，分別觀察記錄(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)七R2kQb%K實(shí)測Ts/sN0.15000.9790.9364.1460.51000.1700.9360.72115000.9790.80I-den(s)*£畝TranterFen6Scope1T=0.1s、=0.1時(shí)實(shí)驗(yàn)波形仿真波形T=0.1s、E=0.5時(shí)仿真波形實(shí)驗(yàn)波形T=0.1s、E=1時(shí)實(shí)驗(yàn)波形仿真波形我們還在MATLAB中做了仿真，得到了如下曲線方便比較:（4）誤差分析T=0.1s時(shí)，對應(yīng)

6、不同的士,實(shí)測數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)分別如下:E取值（T%實(shí)測值（T%模擬值Ts/s（實(shí)測值）Ts/s（模擬值）Tp/s（模擬值）0.10.9790.7216254.142.858810.31420.50.1700.1583240.720.51580.35921000.80.4600我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與通過程序模擬出來的結(jié)果有一定的差別，出現(xiàn)這種差別的可能原因有以下幾點(diǎn)：（1）實(shí)測值是通過示波器讀出來的數(shù)據(jù)，因此存在一定的人為誤差；（2）儀器本身的誤差，即儀器誤差；（3）E是通過電阻、電容等元件算得的，實(shí)際中選取的電阻和理論電阻有一定的差別（比如500的電阻，我們用的是510的電阻）。A33、二階系統(tǒng)(1

7、)實(shí)驗(yàn)原理Gs=K1K2Tis1T2s1其中：.K1分別為1、5、7、10;&=1；T1=T2=0.1s；.K1=k2=1；T1分別為0.01s、0.1s、1s。(3).R=100K(R2除外)，C2=1R2C1需計(jì)算確定。(2)實(shí)驗(yàn)過程改變K值而保才I參數(shù)T值不變。(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)T1=T2=0.1sKR2KQC/科F(T%KTs/sN110010.1060.4890.8155000.20.2130.8510.40821010000.10.3400.9360.2282K=1時(shí)仿真波形實(shí)驗(yàn)波形K=5時(shí)K=10時(shí)仿真波形實(shí)驗(yàn)波形我們還在MATLAB中做了仿真，得到了如下曲線方便比較:（4）

8、誤差分析根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)可以對比如下:K（T%實(shí)測值（T%模擬值Ts/s（實(shí)測值）Ts/s（模擬值）Tp/s（模擬值）10.1060.0451520.80.20260.313250.2130.2491370.4080.29930.1428100.3400.3632690.2280.23950.1013我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與通過程序模擬出來的結(jié)果有一定的差別，出現(xiàn)這種差別的可能原因有以下幾點(diǎn)：（1）實(shí)測值是通過示波器讀出來的數(shù)據(jù)，因此存在一定的人為誤差；（2）儀器本身的誤差，即儀器誤差；（3）實(shí)驗(yàn)中所用的電阻、電容等元件是通過給定的K值計(jì)算得到的，實(shí)際中選取的電阻和理論電阻有一定的差別(比如50

9、0的電阻，我們用的是510的電阻)，所以實(shí)際的K值并不是給定的1、5、10?？偨Y(jié)：(1)當(dāng)E=0時(shí)，輸出響應(yīng)為等幅振蕩。(2)當(dāng)0<E<1時(shí)，輸出響應(yīng)為衰減振蕩曲線，且y(8)=1,七的變化影響動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。隨著E增大，上升時(shí)間增大，超調(diào)量變大，調(diào)節(jié)時(shí)間變短，峰值時(shí)間變大。4、三階系統(tǒng)(1)實(shí)驗(yàn)原理Ks0.1s1s1C其中：K分別為1、5、7、10。(2)實(shí)驗(yàn)過程測量在k=1、5、7、10,且k2=1,T1=T2=0.1s,R1=R3=R5=R7=100k,C3=10w,情況下的反饋信號的暫態(tài)波形。KR5KQC2科F(T%K實(shí)測Ts/sN110010.255110.2155000.

10、20.66011551010000.10.809149.814(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)BK=5時(shí)仿真波形實(shí)驗(yàn)波形K=10時(shí)仿真波形實(shí)驗(yàn)波形我們還在MATLAB中做了仿真，得到了如下曲線方便比較:（4）誤差分析K（T%實(shí)測值（T%模擬值Ts/s（實(shí)測值）Ts/s（模擬值）Tp/s（模擬值）10.2550.19950010.25.26963.616450.6600.6745421511.80581.5837100.8090.91960049.876.93651.1421這里實(shí)驗(yàn)波形和仿真波形有一定差距，比如過調(diào)峰值，可能是由于實(shí)驗(yàn)采樣、實(shí)驗(yàn)器材存在一定誤差造成的，而且震蕩次數(shù)，仿真出來的波形顯然的可以看到2

11、次，但實(shí)驗(yàn)得到的波形有明顯有3次，應(yīng)該是線路元件誤差導(dǎo)致阻尼下降帶來的。但與K值較小的時(shí)候不同的是,隨著放大倍數(shù)的增加，已經(jīng)可以看到過調(diào)峰值接近相同了,示波器出來的波形沒有仿真的那么幅度明顯了，甚至在示波器看到的波形只能觀察到3個(gè)周期的振蕩。四.思考題1 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析一階系統(tǒng)Ts與T、K之間的關(guān)系。答：對于一階系統(tǒng)來說，其單位脈沖響應(yīng)曲線為單調(diào)下降的指數(shù)曲線，時(shí)間常數(shù)Ts越大，響應(yīng)曲線下降越慢，表明系統(tǒng)受到脈沖輸入信號后，恢復(fù)到初始狀態(tài)的時(shí)間越長。因此有如下結(jié)論：（Ts為時(shí)間常數(shù)）時(shí)間常數(shù)越大，恢復(fù)到初始狀態(tài)的時(shí)間越長，即Ts越大，T越大；開環(huán)放大系數(shù)越大，時(shí)間常數(shù)越小，即K越大，Ts

12、越小。2 .認(rèn)真思考一般環(huán)節(jié)的電路摸擬圖構(gòu)成，并找出規(guī)律，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)簡單的環(huán)節(jié)摸擬圖。答：構(gòu)成電路模擬圖的基本原理是：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(yùn)算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)來模擬各種典型環(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，并利用測量儀器，來測量系統(tǒng)的輸出，就可得到系統(tǒng)的動(dòng)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(jìn)一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。比如：（1）比例環(huán)節(jié)一一可由電阻和運(yùn)算放大器構(gòu)成；（2）慣性環(huán)節(jié)一一可由電阻、運(yùn)算放大器、電容構(gòu)成；（3）積分環(huán)節(jié)一一可由電阻、運(yùn)算放大器、電容構(gòu)成；（4

13、）微分環(huán)節(jié)一一可由電阻、運(yùn)算放大器、電容構(gòu)成；（5）比例+積分環(huán)節(jié)一一可由電阻、運(yùn)算放大器、電容構(gòu)成；（6）比例+積分環(huán)節(jié)一一可由電阻、運(yùn)算放大器、電容構(gòu)成。自動(dòng)控制系統(tǒng)是由比例、積分、微分、慣性等環(huán)節(jié)按一定的關(guān)系組建而成。熟悉這些典型環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)及其對階躍輸入的響應(yīng)，將對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析是十分有益的。根據(jù)資料和實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：（1）比例環(huán)節(jié)的特點(diǎn)是輸出不失真、不延遲、成比例地復(fù)現(xiàn)輸出信號的變化；（2）積分環(huán)節(jié)的輸出量與其輸入量對時(shí)間的積分成正比。五.實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)典型系統(tǒng)的電路模擬和二階、三階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析實(shí)驗(yàn)是我們本學(xué)期自動(dòng)控制課的第一次實(shí)驗(yàn)，我們在老師的指導(dǎo)下和同組成員的相互合作中順利完成，并在

14、實(shí)驗(yàn)后，認(rèn)真高效地完成了實(shí)驗(yàn)報(bào)告。整個(gè)過程中，我們不僅動(dòng)手認(rèn)真操作實(shí)驗(yàn)，還動(dòng)腦思考實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用所學(xué)的軟件呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)果，比如用MATLAB軟件來處理數(shù)據(jù)，用Multisim軟件來進(jìn)行仿真，用excel表格、word文檔來作報(bào)告等，可以說，整個(gè)過程都在充分地學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)如何實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)如何聯(lián)系理論與實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)如何在實(shí)驗(yàn)中思考，學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)學(xué)工具，學(xué)習(xí)如何準(zhǔn)確地呈現(xiàn)結(jié)果，所以說，這次實(shí)驗(yàn)對我們來說，是一次極大的收獲，同時(shí)提升了我們的能力。下面我就實(shí)驗(yàn)中我們遇到的問題來做一下總結(jié)：實(shí)驗(yàn)過程面臨的問題：實(shí)驗(yàn)過程中的確遇到了不少的麻煩，比如部分放大器不能使用等問題，但經(jīng)過老師維修后，能夠進(jìn)行正常的實(shí)驗(yàn)。開始做一階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，由于不太清楚如何使用示波器觀察暫態(tài)過程，浪費(fèi)了很長時(shí)間，但經(jīng)過老師的解答，我們便掌握了并能夠熟練地測量出清晰的波形。在進(jìn)行三階系統(tǒng)動(dòng)