自动控制理论实验报告 华科电气汇总
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告
实验一、典型环节的时域响应
一.实验目的
1. 熟悉并掌握TD-ACC+( TD-ACS设备的使用方法及各典型环节模拟控制电路的构成方法。
2. 熟悉各种典型环节的理想阶跃曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。
3. 了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二.实验设备
PC机一台,TD-ACC+( TD-ACS实验系统一套。
三.实验内容
1. 比例环节
2. 积分环节
3. 比例积分环节
4. 惯性环节
5. 比例微分环节
6. 比例积分微分环节
四、实验感想
在本次实验后,我了解了典型环节的时域响应方面的知识,并且通过实践,实现了时域响应相关的操作,感受到了实验成功的喜悦。
实验二、线性系统的矫正
一、目的要求
1.掌握系统校正的方法,重点了解串联校正。
2.根据期望的时域性能指标推导出二阶系统的串联校正环节的传递函数
、仪器设备
PC机一台,TD-ACC+或TD-ACS)教学实验系统一套
三、原理简述
所谓校正就是指在使系统特性发生变接方式可分为
馈回路之内采用的测点之后和放1.原系统的结构框图及性能指标
对应的模拟电路图
2.期望校正后系统的性能指标
3.串联校正环节的理论推导
四、实验现象分析
校正前:
校正后:
校正前:
校正后:
六、实验心得
次实验让我进一步熟悉了TD-ACC实验系统的使用,进一步学习了虚拟仪器,更加深
入地学习了自动控制原理,更加牢固地掌握了相关理论知识,激发了我理论学习的兴趣。
实验三、线性系统的频率响应分析
、实验目的
1 .掌握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函
2 .掌握实验方法测量系统的波特图。
自动化控制原理实验报告
自动化控制原理实验报告
本次实验的目的是通过实践和分析控制系统的基本原理,熟悉自动控制系统的组成和工作原理,以及掌握控制系统的调节方法和技术。
实验器材:
1. 模块化控制器(PLC)
2. 变频器
3. 直流电机
4. 传感器
5. 电子秤
6. 计算机
实验内容:
1. 模块化控制器的基本操作:包括输入、输出、程序设计等。
2. 变频器控制直流电机:通过变频器控制直流电机的转速,观
察电机的转速变化。
3. 传感器的应用:使用传感器检测物理量,如温度、压力等。
4. 电子秤的应用:使用电子秤实现称重功能,并通过控制器控
制秤台的升降。
5. 综合实验:将上述内容综合起来,实现一个完整的控制系统。
实验步骤:
1. 连接PLC、变频器、直流电机和传感器等器材。
2. 编写程序,实现控制系统的各项功能。
3. 进行实验测试,观察控制系统的运行情况。
4. 对实验结果进行分析和总结,撰写实验报告。
结论:
通过本次实验,我们深入了解了自动化控制系统的组成和原理,掌握了基本的控制方法和技术,以及通过实验测试获得了实用的经验和技能。这对我们今后的学习和工作都有很大的帮助和启示。
华中科技大学电力系统综合实验报告汇编
电力系统综合实验报告
第一部分综合实验台
1、实验目的
通过实验加深对电力系统暂态稳定性内容的理解,在对不同类型短路数据的分析中锻炼独立思考的能力,进一步了解不同短路故障对电力系统的危害。
实验方式为在理想实验台上模拟最简单的电力系统暂态稳定性问题,以期巩固学生在前一阶段的学习中对相关内容的掌握。
2、实验原理与接线
电力系统中不同类型的短路故障引起的最大短路电流可由下式得到,推导过程可参见《电力系统分析》一书相关章节内容。
单相接地短路:
两相相间短路:
两相接地短路:
三相对称短路:
如下图1实验接线模拟了单机无穷大系统。
图1单机无穷大系统
3、实验结果与数据分析
⑴、不同故障类型对短路电流影响
在下表中根据QF1~QF6的开断来选择单机无穷大系统的运行方式。XL1接入双回线运行、XL2接入双回线运行。
表格 1 短路切除时间0.5s单相接地短路实验数据
表格 3 短路切除时间0.5s两相接地短路实验数据
根据以上表格得出以下结论:
1)在各种不同类型的短路中,系统以双回线运行时短路电流较系统单回线运行时短路电流更大,与序网分析结果一致。
2)在各种不同类型的短路中,XL1接入时短路电流相对XL2接入时短路电流更小,以单相短路为例进行分析,可知接入XL阻抗越小,短路电流越大。判断实验台设置中XL1大于XL2。
3)对比各组实验数据,发现短路电流大小在不同短路类型中呈现有以下关系。
两相相间短路两相接地短路三相接地短路单相接地短路根据相关实验原理分析,由于,一般有三相接地短路两相接地短路单相接地短路两相相间短路。实验台中元件参数不可测量,经分析判断本次实验中负序阻抗偏小导致了两相短路电流偏大的现象发生。
自动控制原理实验实训报告 .docx
自动控制原理实验实训报告 .docx
【导言】
自动控制原理实验实训是控制科学与工程专业的必修课程,是学生进行理论学习与实践操作结合的一个重要环节。本次实训学习了控制系统的基本概念、控制器的类型以及控制系统的建模和分析方法,并通过实现传感器数据采集、信号控制和反馈调节等操作,掌握了控制系统的工作原理和实现方式。本报告将对本次实训中的实验操作、实验结果和实验体会进行详细记录和总结。
【实验操作】
1.传感器场景仿真实验
本实验通过MATLAB仿真软件,实现了对不同场景下传感器采集数据的比较分析。实验过程中需要设置不同的传感器样本数据和处理方式,并利用MATLAB的数据处理工具对数据进行处理分析,从而得出传感器对于不同场景下数据采集的适用性和准确性。
2.直流电动机速度调节实验
本实验通过实现电动机的速度控制,实现对电动机的运行状态的控制调节。实验需要完成对AC220V电源、TG-01速度控制器以及直流电动机的连接和调试,并通过电动机的运行状态和速度,实现对控制器的参数设置和调节操作。
4.磁悬浮控制实验
本实验实现了对磁悬浮平台的控制和调节,并通过数据反馈实现了对磁悬浮平台的稳定运行。通过对控制器的参数调节和磁悬浮平台的反馈数据分析,加深了对磁悬浮控制原理的理解和掌握程度。
本次实验操作中,通过对控制器的操作和数据反馈的分析,加深了对自动控制的认识和掌握程度,提高了对控制系统的工作原理和实现方式的理解。同时,实验操作中也存在一些问题和不足,例如实验操作过程的不稳定性和实验数据分析的不准确性等问题。需要在今后的学习和实践中,加强对理论知识和实验操作技能的学习和掌握,提高实验操作的准确性和稳定性,从而更好地掌握自动控制原理的知识和技能。
自动控制系统实验报告
自动控制系统实验报告
《自动控制系统实验报告》
摘要:本实验旨在通过对自动控制系统的实验研究,探讨系统的稳定性、性能和鲁棒性等方面的特性。通过实验结果的分析和总结,得出了对于自动控制系统设计和优化的一些有益的结论。
1. 引言
自动控制系统是现代工程中的重要组成部分,它能够实现对系统的自动调节和控制,提高系统的稳定性、性能和鲁棒性。因此,对自动控制系统的研究和实验具有重要意义。
2. 实验目的
本实验旨在通过对自动控制系统的实验研究,探讨系统的稳定性、性能和鲁棒性等方面的特性,为系统设计和优化提供参考依据。
3. 实验内容
本实验采用了XXX控制系统作为研究对象,通过对系统的参数调节和实验数据的采集,分析系统的稳定性、性能和鲁棒性等方面的特性。
4. 实验结果分析
通过实验数据的分析和处理,得出了系统的稳定性较好,在一定范围内能够实现对系统的有效控制;系统的性能表现良好,能够满足实际工程的需求;系统的鲁棒性较强,对外部扰动具有一定的抵抗能力。
5. 结论
通过本实验的研究,得出了对于自动控制系统设计和优化的一些有益的结论,为相关工程应用提供了一定的参考价值。
6. 展望
未来可以进一步深入研究自动控制系统的优化设计和应用,为工程实践提供更为有效的控制方案。
综上所述,通过对自动控制系统的实验研究,得出了一些有益的结论,为相关工程应用提供了一定的参考价值。希望本实验的研究成果能够为自动控制系统的设计和优化提供一定的指导和帮助。
AD835应用
华中科技大学信号与控制综合实验报告专业:电气工程及其自动化班级:电气0612班日期:2008/10/7实验组别:第一组第一次实验指导老师:
学生姓名:王璠学号: 012006019801 分数:
图1.正弦波幅度调制与解调
图35的基本连接
为信号输入端,为信号输出端,W 和Z 之间的电阻网络起微调电2.AD8W
图4.低通滤波器的频率响应
四、实验步骤及波形记录
调节函数信号发生器,输出频率为500Hz,幅值为1V的正弦波,作为调制信号,接至实验电路的调制信号输入端;运行AD9851驱动程序,使之输出频率为的正弦波,作为载波信号,
接至实验电路的载波信号输入端(两路)
3.电路后级输出有比较大的直流分量。最初确定的实验方案中,信号输入部分和各级之调节反馈电阻或输出端串电阻等方式使电路达到最佳性能。AD835内部的基本电路单元也datasheet 中没有给出其带容性负载定合适电容值的方法,在两级AD835之间尝试了104,334,106,2200u 等电容值,发现第直接耦合方式,导致后级有较大的直流分量输出。此问题有待进一步研究。
间均有设计有隔直电容。但实际调试时发现高速运放带容性负载时性能比较特殊,需要通过是高速运放,但的特性,由于经验不足,找不到一个确二级AD835的输入端均被拉低,随容值的增大,被拉低的电平有减小趋势。最终电路采用
附录
附图1.调制与解调电路原理图
附图2.AD9851原理图
附图3.调制与解调电路
附图4.AD9851号产生电路
信
自动控制理论实验报告
实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究
一.实验目的
1.通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。
2.通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性,掌握电路模拟和软件仿真研究方法。
二.实验内容
1.设计各种典型环节的模拟电路。
2.完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试,并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
3.在上位机界面上,填入各个环节的实际(非理想)传递函数参数,完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究,并与电路模拟研究的结果作比较。
三.实验步骤
1.熟悉实验箱,利用实验箱上的模拟电路单元,参考本实验附录设计并连接各种典型环节(包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节)的模拟电路。注意实验接线前必须先将实验箱上电,以对运放仔细调零。然后断电,再接线。接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。在输入阶跃信号时,除比例环节运放可不锁零(G可接-15V)也可锁零外,其余环节都需要考虑运放锁零。
2.利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试,并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
无上位机时,利用实验箱上的信号源单元U2所输出的周期阶跃信号作为环节输入,即连接箱上U2的“阶跃”与环节的输入端(例如对比例环节即图1.1.2的Ui),同时连接U2的“锁零(G)”与运放的锁零G。然后用示波器观测该环节的输入与输出(例如对比例环节即测试图1.1.2的Ui和Uo)。注意调节U2的周期阶跃信号的“频率”电位器RP5与“幅值”电位器RP2,以保证观测到完整的阶跃响应过程。
自动控制实验报告
自动控制实验报告
自动控制实验报告
引言:
自动控制是现代科技的重要领域之一,它在各个行业中都起到了至关重要的作用。通过对系统进行监测、判断和调整,自动控制系统能够实现对设备、机器
和过程的自主控制,提高生产效率、降低成本、提升安全性。本文将介绍一次
关于自动控制的实验,通过实验过程和结果,探讨自动控制的原理和应用。
实验目的:
本次实验的目的是通过搭建一个简单的自动控制系统,探究自动控制的基本原理,并了解其在现实生活中的应用。我们将以温度控制为例,通过调节加热器
的功率,使温度保持在设定的范围内。
实验装置:
实验装置包括一个温度传感器、一个加热器、一个控制器和一个显示屏。温度
传感器负责实时监测环境温度,将数据传输给控制器。控制器根据设定的温度
范围,判断是否需要调节加热器的功率。加热器根据控制器的指令,调节加热
功率,以达到温度控制的目标。显示屏用于显示当前温度和设定温度。
实验步骤:
1. 将温度传感器安装在实验环境中,并将其与控制器连接。
2. 设置控制器的温度范围,例如设定为20-25摄氏度。
3. 打开加热器,将其与控制器连接。
4. 开始实验,观察温度的变化,并记录数据。
5. 根据实验数据,分析控制器的判断和调节过程,以及加热器的功率调节情况。
实验结果:
通过实验,我们观察到温度在设定范围内波动,并且控制器能够根据实时数据进行判断和调节。当温度低于设定范围时,控制器会发送指令给加热器,增加加热功率;当温度超过设定范围时,控制器会减小加热功率。在实验过程中,我们还发现控制器的响应速度很快,能够及时做出调整,使温度保持在设定范围内。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告
姓 名
班 级
学 号
指导教师
1
自动控制原理实验报告(一)
一.实验目的
1.了解掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式。
2.观察分析各典型环节的阶跃响应曲线,了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。
3.了解掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型二阶闭环系统的传递函数标准式。
4.研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn 、阻尼比ξ对过渡过程的影响。
5.掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标σ%、t p 、t s 的计算。
6.观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的瞬态响应曲线,及在阶跃信号输入时的动态性能指标σ%、t p 值,并与理论计算值作比对。
二.实验过程与结果
1.观察比例环节的阶跃响应曲线
1.1模拟电路图
1.2传递函数
(s)
G(s)()o i U K U s =
= 1
0R K R =
1.3单位阶跃响应
U
(t)K 1.4实验结果
1.5实验截图
2
3
4
2.观察惯性环节的阶跃响应曲线
2.1模拟电路图
2.2传递函数
(s)G(s)()1o i U K
U s TS =
=
+
1
0R K R =
1T R C =
2.3单位阶跃响应
0(t)K(1e)
t
T
U-
=-2.4实验结果
2.5 实验截图
5
6
7
3.观察积分环节的阶跃响应曲线
3.1模拟电路图
3.2传递函数
(s)1
G(s)()TS o i U U s =
=
i 0T =R C
3.3单位阶跃响应
01(t)i U t T =
3.4 实验结果
3.5 实验截图
8
9
10
4.观察比例积分环节的阶跃响应曲线
自动控制实验报告
自动控制实验报告
自动控制实验报告「篇一」
一、实验目的
1、掌握直流稳压电源的功能、技术指标和使用方法;
2、掌握任意波函数新号发生器的功能、技术指标和使用方法;
3、掌握四位半数字万用表功能、技术指标和使用方法;
4、学会正确选用电压表测量直流、交流电压。
二、实验原理
(一)GPD—3303型直流稳压电源主要特点:
1、三路独立浮地输出(CH1、CH
2、FIXED)
2、 CH1、CH2稳压值0―32 V,稳流值0―3。2A
3、两路串联(SER/IEDEP),两路并联(PARA/IEDEP)
(二)RIGOL DG1022双通道函数/任意波函数信号发生器主要特点
1、双通道输出,可实现通道耦合,通道复制
2、输出五种基本波形:正弦波、方波、锯齿波、脉冲波、白噪声,并内置48种任意波形
三、实验仪器
1、直流稳压电源1台
2、数字函数信号发生器1台
3、数字万用表1台
4、电子技术综合试验箱1台
四、实验数据记录与误差分析
1、直流电压测量
(1)固定电源测量:测量稳压电源固定电压2.5V、3.3V、5V;
误差分析:E1=|2.507—2.5|÷2。5×100%=0.28%
E2=|3.318—3。3|÷3.3×100%=0.55%
E3=|5.039—5|÷5×100%=0.78%
(2)固定电源测量:测量实验箱的固定电压±5V、±12V、—8V;
误差分析:E1=|5.029—5|÷5×100%=0.58%
E2=|5.042—5|÷5×100%=0.84%
E3=|11.933—12|
÷12×100%=0.93%
E3=|11.857—12|÷12×100%=0.56%
自动控制理论实验报告
电气学科大类
2008 级
《信号与控制综合实验》课程
实验报告
(基本实验: 自动控制理论基本实验)
姓名赵谦学号U200811906 专业班号电气0809 同组者1 辛辰学号U200811901专业班号电气0809 同组者2 学号专业班号
指导教师
日期
实验成绩
评阅人
实验评分表
目录
实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究 (4)
任务与目标 (4)
总体方案设计 (4)
方案实现和具体设计 (5)
实验设计与试验结果 (5)
结果分析与讨论 (9)
思考题 (9)
实验十二二阶系统的稳态性能研究 (12)
任务与目标 (12)
总体方案设计 (12)
方案实现和具体设计 (13)
实验设计与试验结果 (14)
结果分析与讨论 (19)
思考题 (20)
实验十四线性控制系统的设计与校正 (23)
实验内容 (23)
实验步骤 (28)
实验结果 (30)
结果分析与讨论 (32)
思考题 (33)
实验十六控制系统极点的任意配置 (34)
实验内容 (34)
实验步骤 (43)
实验结果 (46)
思考题 (51)
心得与自我评价 (52)
参考文献与致谢 (53)
实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究
任务与目标
1、掌握典型二阶系统动态性能指标的测试方法。
2、通过实验和理论分析计算的比较,研究二阶系统的参数对其动态性能的影响。
总体方案设计
典型二阶系统的方框图如图11-1:
图11-1,典型二阶振荡环节的方框图
其闭环传递函数为:
式中
ξ
为系统的阻尼比,n
ω为系统的无阻尼自然频率。对于不同的系统,ζ和所包含的内容也是不同的。调节系统的开环增益K,或时间常数T可使系统的阻尼比
自动控制原理实习报告
实习报告:自动控制原理实验
一、实验背景及目的
随着现代工业的快速发展,自动控制技术在各个领域中的应用越来越广泛。自动控制原理实验是电气工程及其自动化专业的一门重要实践课程,旨在让学生了解和掌握自动控制理论的基本原理和方法,培养学生的动手能力和实际问题解决能力。本次实验主要涉及电动调节阀和PID控制器的相关知识。
二、实验内容及步骤
1. 电动调节阀篇
(1)了解电动调节阀的结构特点和工作原理。
电动调节阀主要由电动执行器与调节阀阀体构成,通过接收工业自动化控制系统的信号,来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小,控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数,实现远程自动控制。
(2)学习电动调节阀的调节稳定性和调节性能。
电动调节阀具有调节稳定,调节性能好等特点。其结构特点包括:伺服放大器采用深度动态负反馈,可提高自动调节精度;电动操作器有多种形式,可适用于
4~20mA DC或0~10mA DC;可调节范围大,固有可调比为50,流量特性有直线和等
百分比;电子型电动调节阀可直接由电流信号控制阀门开度,无需伺服放大器;阀体按流体力学原理设计的等截面低流阻流道,额定流量系数增大30%。
(3)了解电动调节阀的分类及适用场合。
电动调节阀一般可分为单座式和双座式结构。电动单座式调节阀适用于对泄漏要求严格,阀前后压差低及有一定粘度和含纤维介质的工作场合;电动双座式调节阀具有不平衡力小,允许压差大,流通能力大等待点,适用于泄漏量要求不严格的场合。
2. PID控制器篇
(1)了解PID控制器的组成及作用。
PID控制器由比例控制、积分控制和微分控制组成。比例控制是利用输入信号和参
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告
摘要:
本实验通过对自动控制原理的研究与实践,旨在深入了解自动
控制系统的基本原理,以及相关的实验应用。通过实验的设计与
实施,我们在实践中学习了控制系统的结构、传递函数、稳定性、稳态误差等内容,并通过使用PID控制器对物理实验系统进行控制,从而对自动控制系统有了更加深入的理解。
引言:
自动控制原理是现代工程控制领域的基础理论之一,在工业、
交通、通信等领域都有广泛的应用。自动控制原理实验是培养学
生工程实践能力和动手能力的重要实践环节。本实验通过对自动
控制原理相关实验的设计与实践,让我们深入了解了自动控制系
统的基本原理,并通过实际操作对理论知识进行了实际应用。
实验目的:
1. 了解自动控制系统的基本结构和原理;
2. 学习如何建立传递函数,并分析系统的稳定性;
3. 熟悉PID控制器的参数调节方法;
4. 掌握如何利用PID控制器对物理实验系统进行控制。
实验原理与方法:
1. 实验装置搭建:
我们搭建了一个简单的电路系统,包括输入信号源、控制器、执行器和输出传感器。通过控制器对执行器的控制,实现对输出
信号的调节。
2. 传递函数建立:
使用系统辨识方法,通过对输入和输出信号的采集,建立系
统的传递函数。经过数据处理和分析,得到系统的传递函数表达式。
3. 稳定性分析:
对系统的传递函数进行稳定性分析,包括零极点分析和Nyquist稳定性判据。根据分析结果,判断系统的稳定性。
4. PID参数调节:
根据传递函数和系统要求,使用PID控制器对系统进行调节。根据实际情况进行参数调节,使得系统的响应达到要求。
电气自动控制实训报告
电气自动控制实训报告
1. 引言
电气自动控制是一门在工程领域中被广泛应用的学科,它研究和设计各种自动控制系统,用于实现对电气设备和电力系统的精确控制。通过电气自动控制的实训,我们可以更加深入地了解和掌握电气自动控制的原理和实际应用。本报告将详细记录电气自动控制实训的过程和实验结果,并对实验数据进行分析和总结。
2. 实验目的
电气自动控制实训的目的是让学生通过实际操作和实验验证,掌握电气自动控制的基本原理和常用方法。具体目标如下:
1.理解PID控制器的原理和工作方式;
2.掌握电气自动控制系统的搭建方法;
3.学会使用MATLAB/Simulink进行电气自
动控制系统的建模和仿真;
4.分析实验数据,评估电气自动控制系统的
性能。
3. 实验器材和材料
在电气自动控制实训中,我们使用了以下器材和材料:
1.电源供应器
2.电流表
3.电压表
4.电阻器
5.开关
6.电机
7.电气自动控制模块
8.MATLAB/Simulink软件
4. 实验步骤
4.1 实验一:PID控制器的调节
4.1.1 实验目标
通过实验,调节PID控制器的参数,使得电机转速稳定在给定值。
4.1.2 实验步骤
1.按照实验装置图连接电路,保证电路连接
正确。
2.打开电源供应器,调节电压和电流的合适值。
3.打开MATLAB/Simulink软件,建立电气自动控制系统的模型。
4.调节PID控制器的参数,分别观察电机转速的响应。
5.根据实验数据,分析并总结调节PID控制器的规律。
实验一装置图
实验一装置图
4.2 实验二:比例控制器的应用
4.2.1 实验目标
通过实验,掌握比例控制器在电气自动控制系统中的应用。
2019自动控制理论实验报告共24页
实验一典型环节的时域响应一、实验目的
二、实验设备
三、实验原理及内容
1.典型环节的方框图及传递函数
2.典型环节的模拟电路图及输出响应
四、实验结果
比例环节
①取 R0 = 200K;R1 = 100K
积分环节
① 取R0 = 200K;C = 1uF
② 取R0 = 200K;C = 2uF
比例积分环节
① 取R0 = R1 = 200K;C = 1uF
② 取R0=R1=200K;C=2uF
惯性环节
① 取R0=R1=200K;C=1uF
② 取R0=R1=200K;C=2uF
比例微分环节
① 取R0 = R2 = 100K,R3 = 10K,C = 1uF;R1 = 100K
② 取R0=R2=100K,R3=10K,C=1uF;R1=200K
五、心得体会
实验二 典型系统的时域响应和稳定分析
一、实验目的
二、实验设备
三、实验原理及内容
1、典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图
图1-2是典型二阶系统的原理方框图,其中T 0=1s ,T 1=0.1s ,K 1分别为10、5、2.5和1。
(2)模拟电路图见图1-3。
(3)理论分析 开环传函:
)
11.0()1()(11+=
+=
s s K s T s K
s G 其中:===101/K T K K 开环增益。
(4)实验内容
先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R 的理论值,再将理论值应用于模拟电路中,观察二阶系统的动态性能及稳定性,应与理论值分析基本吻合。在此实验中T0=1s,T1=0.2s,K1=200/R =>K=200/R
闭环传函:
2
n
n 2
2n
2)(ωζωω++=s s s W 其中:2//;/110011n T K T T T K ==ξω
自动控制理论实验报告
自动控制理论实验报告
实验二控制系统的时域分析
一、实验目的
学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析,包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性;
二、实验要点
1、系统的典型响应有哪些?
2、如何判断系统稳定性?
3、系统的动态性能指标有哪些?
三、实验方法
(一)四种典型响应
1、阶跃响应:
阶跃响应常用格式:
1、)(sys step ;其中sys 可以为连续系统,也可为离散系统。
2、),(Tn sys step ;表示时间范围0---Tn 。
3、),(T sys step ;表示时间范围向量T 指定。
4、),(T sys step Y =;可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、脉冲响应:
脉冲函数在数学上的精确定义:0
,0)(1)(0
==?∞
t x f dx x f 其拉氏变换为:)
()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。
脉冲响应函数常用格式:① )(sys impulse ;
② );
,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y =
(二)分析系统稳定性
有以下三种方法:
1、利用pzmap 绘制连续系统的零极点图;
2、利用tf2zp 求出系统零极点;
3、利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点
(三)系统的动态特性分析
Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
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电气学科大类
2012 级
《信号与控制综合实验》课程
实验报告
(基本实验二:自动控制理论基本实验)
姓名学号专业班号
同组者1 学号专业班号
同组者2 学号专业班号
指导教师
日期
实验成绩
评阅人
实验评分表
目录
一、实验项目 (2)
1.实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究 (2)
1.1 任务和目标 (2)
1.2 总体方案设计 (2)
1.3 方案实现和具体设计 (3)
1.4 实验结果与分析 (3)
1.5 实验总结 (5)
2.实验十二二阶系统的稳态性能研究 (8)
2.1 任务和目标 (8)
2.2 总体方案设计 (8)
2.3 方案实现和具体设计 (9)
2.4 实验结果与分析 (10)
2.5 实验总结 (15)
3.实验十四线性控制系统的设计与校正 (15)
3.1 任务和目标 (15)
3.2 总体方案设计 (15)
3.3 方案实现和具体设计 (16)
3.4 实验结果与分析 (19)
3.5 实验总结 (20)
4.实验十六控制系统极点的任意配置 (21)
4.1 任务和目标 (21)
4.2 总体方案设计 (21)
4.3 方案实现和具体设计 (22)
4.4 实验结果与分析 (25)
4.5 实验总结 (26)
二、心得体会 (27)
三、参考资料 (27)
一、实验项目
1.实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究
1.1 任务和目标
1、掌握典型二阶系统动态性能指标的测试方法。
2、通过实验和理论分析计算比较,研究二阶系统的参数对其动态性能的影响。
1.2 总体方案设计
实验原理:
典型二阶系统的方框图如图11-1所示:
图11-1.典型二阶振荡环节的方框图
其闭环传递函数为:Φ(s)=
G(s)
1+G(s)
=K
Ts2+s+k
=ωn2
s2+2ξωn+ωn2
式中ξ=
2√KT
,为系统的阻尼比;ωn=√K T,为系统的无阻尼自然频率。ζ为系统的阻尼比,n为系统的无阻尼自然频率。对于不同的系统,ζ和所包含的内容也是不同的。调节系统的开环增益K,或时间常数T可使系统的阻尼比分别为:0<ξ<1,ξ=1和ξ>1三种。实验中能观测对应于这三种情况下的系统阶跃响应曲线是完全不同的。
二阶系统可用图11-2所示的模拟电路图来模拟:
图11-2 二阶系统模拟电路图
1.3 方案实现和具体设计
1、在实验装置上搭建二阶系统模拟电路。
2、分别设置ζ=0、0<ζ<1和ζ>1,观察并记录r(t)为正负方波信号时输出的波形c(t);
3、分析此时相对应的个
p
、s t ,并加以定性的讨论。
4、改变运算放大器1A 的电容C ,再重复以上实验内容。
1.4 实验结果与分析
(1)当C 1=C 2,ζ=0(R=0)时,波形如图11-3所示
图11-3 无阻尼输入输出波形
(2)当C1=C2,增大R的值,0<ζ<1时,波形如图11-4所示
图11-4 欠阻尼输入输出波形
(3)当C1=C2,继续增大R的值,ζ>1时,波形如图11-5所示
图11-5 过阻尼输入输出波形
(4)当C1>C2,ζ=0(R=0)时,波形如图11-6所示
图11-6 无阻尼输入输出波形
(5)当C1>C2,增大R的值,0<ζ<1时,波形如图11-7所示
图11-7 欠阻尼输入输出波形
(6)当C1>C2,继续增大R的值,ζ>1时,波形如图11-8所示
图11-8 过阻尼输入输出波形
由以上波形可知,增大R的值,使波形由无阻尼到欠阻尼和过阻尼状态变化;从ξ=
中可知,欠阻尼状态下,增大C的值,可使时间常数T增大,ζ减2√KT
小,超调PO增大;同时,由ωn=√K T可以得到,T增大,ωn减小,调节时间增大,响应变慢。
1.5 实验总结
本次实验室自动控制理论部分的第一个实验。通过此次实验,我了解了二阶电路装置的组成和运用,在实验前对模拟电路各部分进行了理论分析,实验时的效率得以提高,为之后的实验打下了良好的基础。
1.6 思考题
(1)根据实验模拟电路图绘出对应的方框图。消除内环将系统变为一个单位负反馈的典型结构。此时能知道系统中的阻尼比ζ体现在哪一部分吗?如何改变ζ的数值?
答:从实验模拟电路图可以得出,阻尼比体现在积分环节和惯性环节中;将系统中的某个积分环节改为惯性环节可以改变ξ的数值。
(2)当线路中的运算放大器A4的反馈电阻分别为8.2,20,28,40,50,102,120,180,220kΩ时计算系统的阻尼比ζ。
答:取C
1=C
2
=0.68μF,则阻尼比
10
10
707
.02
+
=
R
ξ,对应取值分别为
1.29,
2.12,2.69,
3.54,
4.24,7.92,9.19,13.44,16.26。
当C
1=0.082μF,C
2
=0.68μF时,
2
1
2
10
10
707
.0
C
C
R+
=
ξ,对应取值分别为
0.45、0.74、0.93、1.23、1.47、2.75、3.19、4.67、5.65。
(3)用实验线路如何实现ζ=0?当把运算放大器A4所形成的内环
打开时,系统主通道由2个积分环节和一个比例系数为1的放大器
串联而成,主反馈仍为1,此时的ζ=?
答:要使ζ=0,需将运算放大器A
4
所形成的内环打开;改变电路环节后,ζ仍然为0。
(4)如果阶跃输入信号的幅值过大,会在实验中产生什么后果?
答:放大器可能会工作在非线性区,从而使使输出信号失真。
(5)在电路模拟系统中,如何实现单位负反馈?
答:若此时信号与输入信号反向,将输出通过一个与输入相同的电阻引入到输入端即可。若此时信号与输入信号同相,则需要增加一个增益为1的反向放大器来实现单位负反馈。