自動控制原理實驗報告1專業(yè)五個實驗

自動控制原理試驗專業(yè)班級姓名學號試驗時間：.10—.11

試驗?zāi)繕撕鸵螅航?jīng)過自動控制原理試驗牢靠地掌握《自動控制原理》課基本分析方法和試驗測試伎倆。能應(yīng)用運算放大器建立各種控制系統(tǒng)數(shù)學模型，掌握系統(tǒng)校正慣用方法，掌握系統(tǒng)性能指標同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)之間基本關(guān)系。經(jīng)過大量試驗，提升動手、動腦、理論結(jié)合實際能力，提升從事數(shù)據(jù)采集與調(diào)試能力，為構(gòu)建系統(tǒng)打下堅實基礎(chǔ)。試驗儀器、設(shè)備（軟、硬件）及儀器使用說明自動控制試驗系統(tǒng)一套計算機（已安裝虛擬測量軟件---LABACT）一臺椎體連接線18根經(jīng)典步驟試驗（一）、試驗?zāi)繕耍毫私庀嗤栽砘靖拍睢Ｕ莆沼眠\算放大器組成各種慣用經(jīng)典步驟方法。掌握各類經(jīng)典步驟輸入和輸出時域關(guān)系及對應(yīng)傳遞函數(shù)表示形式，熟悉各經(jīng)典步驟參數(shù)（K、T）。學會時域法測量經(jīng)典步驟參數(shù)方法。（二）、試驗內(nèi)容：1、用運算放大器組成百分比步驟、慣性步驟、積分步驟、百分比積分步驟、百分比微分步驟和百分比積分微分步驟。2、在階躍輸入信號作用下，統(tǒng)計各步驟輸出波形，寫出輸入輸出之間時域數(shù)學關(guān)系。3、在運算放大器上實現(xiàn)各步驟參數(shù)改變。（三）、試驗要求：仔細閱讀自動控制試驗裝置布局圖和計算機虛擬測量軟件使用說明書。做好預(yù)習，依照試驗內(nèi)容中原理圖及對應(yīng)參數(shù)，寫出其傳遞函數(shù)表示式，并計算各經(jīng)典步驟時域輸出響應(yīng)和對應(yīng)參數(shù)（K、T）。3、分別畫出各經(jīng)典步驟理論波形。輸入階躍信號，測量各經(jīng)典步驟輸入和輸出波形及相關(guān)參數(shù)。（四）、試驗原理試驗原理及試驗設(shè)計：1．百分比步驟：Ui-Uo時域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：百分比系數(shù)：時域輸出響應(yīng)：2．慣性步驟：Ui-Uo時域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：百分比系數(shù)：時常數(shù)：時域輸出響應(yīng)：3．積分步驟：Ui-Uo時域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：時常數(shù)：時域輸出響應(yīng)：4．百分比積分步驟：Ui-Uo時域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：百分比系數(shù)：時常數(shù)：時域輸出響應(yīng)：5．百分比微分步驟：Ui-Uo時域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：百分比系數(shù)：時常數(shù)：時域輸出響應(yīng)：6．百分比積分微分步驟：Ui-Uo時域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：百分比系數(shù)：時常數(shù)：時域輸出響應(yīng)：(五)、試驗方法與步驟依照原理圖結(jié)構(gòu)試驗電路。測量輸入和輸出波形圖。將所測得數(shù)據(jù)填入試驗數(shù)據(jù)表中。(六)、討論與思索寫出各經(jīng)典步驟微分方程（建立數(shù)學模型）。依照所描述各經(jīng)典步驟微分方程，你能否用電學、力學、熱力學和機械學等學科中知識設(shè)計出對應(yīng)系統(tǒng)？請舉例說明，并畫出原理圖。利用MATLAB仿真，與試驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生原因(七)、統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)和實測波形：名稱參數(shù)理論值實測值比例環(huán)節(jié)R=R1=K=R/R1=K=Uo/Ui=R=R1=K=R/R1=K=Uo/Ui=慣性步驟R=R1=100kC=T=R*C=T=C=T=R*C=T=積分步驟R1=100KC=T=R1*C=T=C=T=R1*C=T=百分比積分步驟R=R1=200KC=T=R1*C=T=C=T=R1*C=T=百分比微分步驟R3=K=T=百分比積分微分步驟C1=C2=Ti=Td=（八）、各經(jīng)典步驟階躍響應(yīng)曲線：（九）、討論與思索1、寫出各經(jīng)典步驟微分方程（建立數(shù)學模型）。2、依照所描述各經(jīng)典步驟微分方程，你能否用電學、力學、熱力學和機械學等學科中知識設(shè)計出對應(yīng)系統(tǒng)？請舉例說明，并畫出原理圖。3、利用MATLAB仿真，與試驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生原因。

試驗二二階系統(tǒng)性能研究（一）、試驗?zāi)繕耍航?jīng)過試驗加深了解二階系統(tǒng)性能指標同系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系。（二）、試驗內(nèi)容：1、二階系統(tǒng)時域動態(tài)性能研究；（三）、試驗要求：1、做好預(yù)習，依照試驗原理圖所表示對應(yīng)參數(shù)，寫出系統(tǒng)開環(huán)，閉環(huán)傳遞函數(shù)。計算x、wn、tr、ts、tp、s%、等理論值，并繪制單位階躍信號下輸出響應(yīng)理論波形。2、自己設(shè)計試驗參數(shù)。（四）、試驗原理：試驗原理及試驗設(shè)計：預(yù)習內(nèi)容：(1)二階系統(tǒng)時域試驗參數(shù)計算：（五）、試驗方法與步驟1、依照原理圖結(jié)構(gòu)試驗電路。2、測量時域響應(yīng)波形和數(shù)據(jù)。3、將所測得數(shù)據(jù)填入試驗數(shù)據(jù)表中。（六）、統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)：輸入電阻R參數(shù)40K增益K2.5自然頻率ωn（計算值)5阻尼比ξ（計算值)ξ>1過阻尼ξ=臨界阻尼ξ=1欠阻尼ξ=欠阻尼ξ=0.5欠阻尼ξ=超調(diào)量s%計算值測量值上升時間tr計算值測量值峰值時間tP計算值測量值調(diào)整時間tS計算值測量值（七）、統(tǒng)計試驗實測波形：（八）、思索題：在本試驗中，系統(tǒng)能否出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，此時電阻值R取值范圍？在系統(tǒng)不穩(wěn)定情況，你能否經(jīng)過改變其它元器件參數(shù)，使系統(tǒng)變得穩(wěn)定？改哪些參數(shù)？怎樣改？請分別列出，并加以分析。利用MATLAB仿真，與試驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生原因。

試驗三系統(tǒng)時域分析試驗（一）、試驗?zāi)繕耍荷钊胝莆斩A系統(tǒng)性能指標同系統(tǒng)閉環(huán)極點位置關(guān)系。掌握高階系統(tǒng)性能指標估算方法及開環(huán)零、極點同閉環(huán)零、極點關(guān)系。3、能利用根軌跡分析法由開環(huán)零極點位置確定閉環(huán)零極點位置。（二）、試驗內(nèi)容：1、利用根軌跡法對控制系統(tǒng)進行分析；明確閉環(huán)零、極點分布和系統(tǒng)階躍響應(yīng)定性關(guān)系。（三）、試驗要求：1、做好預(yù)習，依照原理圖所表示對應(yīng)參數(shù)，計算理論值并繪制根軌圖，用試探法確定主導極點大致位置。2、用Routh穩(wěn)定判據(jù)，求出系統(tǒng)穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和不穩(wěn)定時K值范圍和R取值。3、畫出輸入輸出理論波形(單位階躍信號作用下)。（四）、試驗原理：1、根軌跡：當K由0→∞改變時，閉環(huán)特征根在S平面上移動軌跡城根軌跡，不但直觀表示了K改變時間閉環(huán)特征根改變，還給出了參數(shù)時閉環(huán)特征根在S平面上分布影響?？膳卸ㄏ到y(tǒng)穩(wěn)定性，確定系統(tǒng)品質(zhì)。穩(wěn)定性：根軌跡若越過虛軸進入s右半平面，與虛軸交點k即為臨界增益。穩(wěn)態(tài)性能：依照坐標原點根數(shù)，確定系統(tǒng)型別，同時能夠確定對應(yīng)靜態(tài)誤差系數(shù)。預(yù)習內(nèi)容：(1)三階系統(tǒng)時域試驗參數(shù)計算和根軌跡圖：（五）、試驗方法與步驟1、依照原理圖結(jié)構(gòu)試驗電路。2、測量時域響應(yīng)波形和對應(yīng)參數(shù)。3、將所測得數(shù)據(jù)填入試驗數(shù)據(jù)表中。（六）、統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)：反饋電容C2反饋電容C3穩(wěn)定（衰減振蕩）臨界穩(wěn)定（等幅振蕩）不穩(wěn)定（發(fā)散振蕩1u1u2u2u1u2u（七）、統(tǒng)計試驗實測波形：（八）、思索題：1、系統(tǒng)性能指標不理想時，怎樣改變系統(tǒng)零、極點位置使系統(tǒng)性能指標得到改進？在實際中是否能夠無限制地改變系統(tǒng)零、極點位置？請說明理由。2、在本試驗中，系統(tǒng)不穩(wěn)定情況下，不增加零點，而是經(jīng)過改變其它零、極點位置，能否使系統(tǒng)穩(wěn)定？假如能夠，怎樣改變？假如不能，為何？3、利用MATLAB仿真，與試驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生原因。4、利用MATLAB繪制根軌跡圖。

試驗四二階系統(tǒng)性能頻域研究（一）、試驗?zāi)繕耍?、經(jīng)過試驗加深了解二階系統(tǒng)性能指標同系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系。2、掌握系統(tǒng)頻率特征測試方法。3、研究二階系統(tǒng)頻率特征與系統(tǒng)動態(tài)性能之間關(guān)系。（二）、試驗內(nèi)容：二階系統(tǒng)頻域動態(tài)性能研究；（三）、試驗要求：1、自己設(shè)計試驗參數(shù)。2、依照原理圖所表示對應(yīng)參數(shù)，計算理論值MP、ωp、ωB等理論值，并繪制幅頻、相頻和幅相特征圖.（四）、試驗原理：試驗原理及試驗設(shè)計：預(yù)習內(nèi)容：(1)、二階系統(tǒng)頻域試驗參數(shù)計算：（五）、試驗方法與步驟1、依照原理圖結(jié)構(gòu)試驗電路。2、測量頻域伯德圖和奈奎斯特圖。3、將所測得數(shù)據(jù)填入試驗數(shù)據(jù)表中。（六）、統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)：輸入電阻R參數(shù)40K增益K2.5自然頻率ωn（計算值)5阻尼比ξ（計算值)ξ>1過阻尼ξ=臨界阻尼ξ=1欠阻尼ξ=欠阻尼ξ=0.5欠阻尼ξ=諧振峰值MP計算值測量值諧振頻率ωp計算值測量值截止頻率ωc計算值測量值（七）、統(tǒng)計試驗實測圖形：（八）、思索題：經(jīng)過試驗?zāi)阌泻涡牡皿w會，發(fā)覺了什么問題，有何改進意見？利用MATLAB仿真，與試驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生原因。利用MATLAB繪制波德圖。

校正試驗（一）、試驗?zāi)繕耍?、掌握系統(tǒng)校正兩種基本方法原理。2、深入了解開環(huán)零、極點對閉環(huán)系統(tǒng)性能影響關(guān)系。3、加深了解串聯(lián)校正（微分、積分、復(fù)合校正）和并聯(lián)校正特點，學會正確選擇校正裝置。（二）、試驗內(nèi)容：1、對與一個不穩(wěn)定系統(tǒng)，分別儲存加入導前網(wǎng)絡(luò)、滯后網(wǎng)絡(luò)、滯后-導前網(wǎng)絡(luò)進行校正，然后比較其優(yōu)劣性。（三）、試驗要求：1、做好預(yù)習，依照原理圖所表示對應(yīng)參數(shù)，寫出原系統(tǒng)及校正后開環(huán)傳遞函數(shù)。2、分析討論三種串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)使用場所和優(yōu)缺點。（四）、試驗原理：導前網(wǎng)絡(luò)：滯后網(wǎng)絡(luò)：3、滯后-導前網(wǎng)絡(luò)：其中：（五）、試驗方法與步驟：依照原理圖結(jié)構(gòu)試驗電路（六）、討論與思索比較相角超前校正網(wǎng)絡(luò)