北航自动控制原理实验报告- 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试

成绩

北京航空航天大学

自动控制原理实验报告

学院机械工程及自动化学院

专业方向机械工程及自动化

班级

学号

学生姓名刘帆

自动控制与测试教学实验中心

实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试

实验时间2014年11月15日 实验编号 同组同学 一、实验目的

1、 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。

2、 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。

3、 学习阶跃响应的测试方法。

二、实验内容

1、 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T 时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间T s 。

2、 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间T s 。

三、实验原理

1、一阶系统阶跃响应性能指标的测试

系统的传递函数为:()s ()1

C s K

R s Ts φ=+（）= 模拟运算电路如下图 :

其中2

1

R K R =

,2T R C =;在实验中，始终保持21,R R =即1K =，通过调节2R 和C 的不同取值，使得T 的值分别为0.2,0.51,1.0。记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中取正负5%误差带，按照经验公式取3s t T =

2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试

系

统

传递函数为：

令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图：

二阶系统的

模拟电路图如下： 在实验过程中，取22321,1R C R C ==，则

442312R R C R ζ==，即42

12R C ζ=；在实验当中取123121,1R R R M C C F μ===Ω==，通过调整4R 取不同的值，使得ζ分别为0.25,0.5,0.707,1；记录所测得的实验数据以及其性能指标，取正负5%误差

带，其中当ζ<1时经验公式为2

1 3.5

%100%,s n

e

t ζσζω-

-=⨯=

，当ζ=1时经验公式

为n 4.75

ts ω=

四、试验设备：

1、HHMN-1型电子模拟机一台。

2、PC 机一台。

3、数字万用表一块。

4、导线若干。

五、实验步骤：

1、熟悉电子模拟机的使用，将各运算放大器接成比例器，通电调零。

2、断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。

3、将D/A输出端与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。线路接好后，经教师检查后再通电。

4、在WindowsXP桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。

5、在系统菜单中打开“实验项目”项，选择实验一，在窗口左侧选择实验模型。

6、观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格。

7、分析数据，绘制实际特性曲线，得出结论。

六．实验数据记录与处理

1、模拟一阶系统信号的系统动态响应

2、模拟二阶系统信号的系统动态响应

七、实验结果分析

实验实测数据与理论数据误差在允许范围内，实际响应曲线与理论曲线基本重合，近似公式得到了验证，实验产生误差的原因有以下几点：

1.可能与在开始实验采集数据前按下电容放电的复位键不及时

2.实验过程中采用的电位器电阻测量不太准确

3.由于其他因素导致的电阻变化，比如温度等

八、收获、体会及建议

通过这次试验，一方面我对课堂上所学的自动控制的知识有了更深的认识，不至于局限于书本上的内容；另一方面，提高了动手能力，电路的连接要求不能犯错误，同时会找到问题，排除故障。

在实验过程中，我也发现实验设计与器材有些不太匹配的地方，比如电阻的设置太少，而采用电位器的结果又不太精确，容易造成误差，建议设置的定值电阻更多更合理些。