北航自动控制原理实验报告(完整版)

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北航计算机控制系统实验报告

北航计算机控制系统实验报告

计算机控制系统实验报告实验一模拟式小功率随动系统的实验调试实验二 A/D、D/A接口的使用和数据采集实验三中断及采样周期的调试实验四计算机控制系统的实验调试姓名:王尼玛学号: 100311xx 同组人:李尼美郑尼玛指导教师:袁少强日期: 2013年6月15日实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1. 熟悉反馈控制系统的结构和工作原理,进一步了解位置随动系统的特点。

2. 掌握判别闭环系统的反馈极性的方法。

3. 了解开环放大倍数对稳定性的影响及对系统动态特性的影响,对静态误差的影响。

二、实验内容1. 连接元件构成位置随动系统;2. 利用计算机内的采样及显示程序,显示并分析输出的响应结果;3. 反复调试达到设计要求。

三、实验设备XSJ-3 小功率直流随动系统学习机一台、DH1718 双路直流稳压电源一台、4 1/2 数字多用表一台四、实验原理模拟式小功率随动系统如下图所示:1. 实验前需进行零位调整,反馈极性判断,反馈极性判断又包括速度反馈极性判断和位置反馈极性判断,须使反馈为负反馈。

2. 动态闭环实验系统调试。

按下面电路图连线,通过改变变阻器大小来改变闭环系统放大倍数,通过一路A/D把输出相应采入计算机进行绘图,同时测量输入电压和反馈电位计输入电压,算出稳态误差。

五、实验结果滑阻阻值(千20 30 55 74欧)比例系数 1 1.5 2.75 3.7 给定角度(度)90 90 90 90 输出角度(度)89 89 89 89.5 静差角度(度)-1 -1 -1 -0.5 静态误差(mv)-50.5 -20.5 -17.5 -28.8 过度过程曲线见下图1.K=1时的过渡过程曲线2.K=1.5时的过渡过程曲线3.K=2.75时的过渡过程曲线4.K=3.7时的过渡过程曲线六、思考题及实验感想1 如果速度反馈极性不对应如何处理?如果位置反馈极性不对应如何处理?答:首先判断测速机反馈极性。

北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应

北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应

北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应实验目的:通过非线性环节对系统动态过程的响应实验,了解非线性环节对于系统动态过程的影响,掌握非线性环节对系统稳定性和动态响应的影响机制。

实验原理:在控制系统中,非线性环节是指系统主要由非线性元件组成的一种环节,如饱和环节、死区环节等。

非线性环节通常会引入系统的不稳定性和不良动态响应,使系统产生震荡、振荡或失去稳定等现象。

因此,对于非线性环节对系统动态过程的响应进行研究,可以帮助我们了解非线性环节对系统的影响及其调节方法。

实验装置:实验中使用的实验装置包括非线性环节调节台和数据采集系统。

非线性环节调节台中包含了饱和环节和死区环节两种非线性元件,可以通过改变其参数来调节非线性环节的作用程度。

数据采集系统用于实时采集和记录实验数据。

实验步骤:1.将非线性环节调节台连接至数据采集系统,保证信号传输的稳定性和准确性。

2.打开数据采集系统,并设置相应的实验参数,如采样频率和采样时间等。

3.首先进行饱和环节的实验。

调节饱和环节的幅值参数,并记录系统的响应曲线。

可以观察到,在饱和环节的作用下,系统响应出现了明显的振荡和周期变化。

4.然后进行死区环节的实验。

调节死区环节的参数,并记录系统的响应曲线。

可以观察到,在死区环节的作用下,系统响应出现了滞后和不连续等现象。

5.对比分析两种非线性环节的实验结果,总结非线性环节对系统动态过程的影响机制。

实验结果:通过实验得到的系统响应曲线可以明显观察到非线性环节对系统动态过程的影响。

在饱和环节的作用下,系统响应出现了周期性的振荡,而在死区环节的作用下,系统响应出现了滞后和不连续的现象。

实验总结:通过以上实验,我们可以得出以下结论:1.非线性环节对系统动态过程有显著的影响,会导致系统的稳定性下降和动态响应不理想。

2.饱和环节的作用会引起系统的振荡和周期变化,而死区环节的作用会引起系统的滞后和不连续。

3.针对非线性环节对系统的影响,可以采取相应的控制策略和调节方法,以提高系统的稳定性和动态响应。

自动控制实验报告.

自动控制实验报告.

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专业方向工业工程与制造班级110715学号********学生姓名吕龙指导教师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2013.10.30 实验编号同组同学无一、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,观测并记录不同时间常数T时的跃响应曲线,测定其过渡过程时间Ts。

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

三、实验原理1.一阶系统:系统传递函数为:模拟运算电路如图1-1所示:图1-1由图得:在实验当中始终取, 则,取不同的时间常数T分别为: 0.25、 0.5、1。

记录不同时间常数下阶跃响应曲线,测量纪录其过渡过程时 ts。

(取误差带)2.二阶系统:其传递函数为:令,则系统结构如图1-2所示:图1-2根据结构图,建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示:图1-3取,,则及取不同的值, , ,观察并记录阶跃响应曲线,测量超调量σ%(取误差带),计算过渡过程时间Ts。

四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。

2.PC 机一台。

3.数字式万用表一块。

4.导线若干。

五、实验步骤1. 熟悉HHMN-1 型电子模拟机的使用方法,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. 将与系统输入端连接,将与系统输出端连接。

线路接好后,经教师检查后再通电。

4.运行软件,分别获得理论和实际仿真的曲线。

5. 观察实验结果,记录实验数据,绘制实验结果图形,填写实验数据表格,完成实验报告。

六、实验结果1.一阶系统T 0.25 0.5 1R2/MΩ0.25 0.5 11 1 1实测值/s 0.76 1.55 3.03理论值/s 0.75 1.50 3.00响应曲线(1)T = 0.25:(2)T = 0.5:(3)T = 12.二阶系统0.25 0.5 1.0R4/MΩ 2 1 0.51 1 1实测40.5 16.0 0理论44.4 16.3 0 实测值/s 10.95 5.2 4.9理论值/s 14 7 4.7响应曲线(1)R4=2MΩ(2)R4=1MΩ(3)R4=0.5MΩ七、结果分析从得到的数据可以看出,不论是一阶还是二阶系统,实测值均与理论值有着或多或少的偏差。

北航自动控制原理实验报告(完整版)

北航自动控制原理实验报告(完整版)

自动控制原理实验报告一、实验名称:一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、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三、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 时的响应曲线,测定过渡过程时间T s2、建立二阶系统电子模型,观测并记录不同阻尼比的响应曲线,并测定超调量及过渡过程时间T s四、实验原理及实验数据 一阶系统系统传递函数:由电路图可得,取则K=1, T 分别取:0.25, 0.5, 1T 0.25 0.501.00 R 2 0.25M Ω 0.5M Ω 1M Ω C1μ1μ1μT S 实测 0.7930 1.5160 3.1050 TS 理论 0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1图1.2图1.3误差计算与分析(1)当T=0.25时,误差==6.12%;(2)当T=0.5时,误差==1.32%;(3)当T=1时,误差==3.58%误差分析:由于T 决定响应参数,而,在实验中R 、C 的取值上可能存在一定误差,另外,导线的连接上图1.1图1.2图1.3也存在一些误差以及干扰,使实验结果与理论值之间存在一定误差。

但是本实验误差在较小范围内,响应曲线也反映了预期要求,所以本实验基本得到了预期结果。

实验结果说明由本实验结果可看出,一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线,特征有T 确定,T 越小,过度过程进行得越快,系统的快速性越好。

二阶系统系统传递函数:令二阶系统模拟线路0.25 0.50 1.00 R 4210.5C 2111实测 45.8% 16.9% 0.6% 理论 44.5% 16.3% 0% T S 实测13.98605.48954.8480T S 理论 14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1图2.2图2.3注:T s 理论根据matlab 命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出,否则误差较大。

北航自动控制原理实验三:控制系统串联校正

北航自动控制原理实验三:控制系统串联校正
八、收获、体会及建议
本次实验通过设计串联超前校正和串联滞后校正装置研究了串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响,从直观的角度认识了串联校正环节的作用及超前校正和滞后校正的不同之处,对理论学习有一定的帮助。
附:实验数据,
成绩
自动控制原理
实验报告
院(系)名称
专业名称
学生学号
学生姓名
指导老师
2015年12月
实验二
实验时间
一、实验目的
1.了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2.研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验内容
1.单位负反馈系统的开环传递函数为 ,进行半实物实时仿真,研究其时域性能,同时从频域分析系统稳定性。
2.电子模拟机
3.万用表
4.测试导线
五、实验步骤
1.正确连接电路,分别完成不加校正、加入超前校正、加入滞后校正的实验。在系统模型上的“Manual Switch”处可设置系统是否加入校正环节,在“ ”处可设置校正环节的传递函数。
2.绘制以上三种情况时系统的波特图。
3.采用示波器“Scope”观察阶跃响应曲线。观测试验结果,记录实验数据,绘制实验结果图形,完成实验报告。
图3-1系统结构图
其中 为校正环节,可放置在系统模型中来实现,也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。
2.系统模拟电路如图3-2所示。
图3-2系统模拟电路图
取 , , , , 。
3.未加校正时, 。
4.加串联超前校正时, 。
取 , ,则 。
5.加串联滞后校正时, 。
取 , ,则 。
四、实验设备
1.数字计算机
2.针对以上系统,设计串联超前校正装置 ,使系统的相稳定裕度 ,并进行半实物实时仿真验证,研究其时域性能,同时从频域分析系统稳定性。

北航3系自控原理实验五-采样系统研究

北航3系自控原理实验五-采样系统研究

自动控制原理实验报告班级:学号:姓名:实验五 采样系统研究一、实验目的1. 了解信号的采样与恢复的原理及其过程,并验证香农定理。

2. 掌握采样系统的瞬态响应与极点分布的对应关系。

3. 掌握最少拍采样系统的设计步骤。

二、实验原理1. 采样:把连续信号转换成离散信号的过程叫采样。

2. 香农定理:如果选择的采样角频率s ω,满足max 2ωω≥s 条件(max ω为连续信号频谱的上限频率),那么经采样所获得的脉冲序列可以通过理想的低通滤波器无失真地恢复原连续信号。

3. 信号的复现:零阶保持器是将采样信号转换成连续信号的元件,是一个低通滤波器。

其传递函数:s e Ts--14. 采样系统的极点分布对瞬态响应的影响:Z 平面内的极点分布在单位圆的不同位置,其对应的瞬态分量是不同的。

5. 最小拍无差系统: 通常称一个采样周期为一拍,系统过渡过程结束的快慢常采用采样周期来表示,若系统能在最少的采样周期内达到对输入的完全跟踪,则称为最少拍误差系统。

对最小拍系统时间响应的要求是:对于某种典型输入,在各采样时刻上无稳态误差;瞬态响应最快,即过渡过程尽量早结束,其调整时间为有限个采样周期。

从上面的准则出发,确定一个数字控制器,使其满足最小拍无差系统。

三、实验内容1. 通过改变采频率s s s T 5.0,2.0,01.0=,观察在阶跃信号作用下的过渡过程。

被控对象模拟电路及系统结构分别如下图所示:图中,1)(/)()(==z E z U z D ,系统被控对象脉冲传递函数为:系统开环脉冲传递函数为:系统闭环脉冲传递函数为:)(1)()(z G z G z w w +=Φ在Z 平面内讨论,当采样周期T 变化时对系统稳定性的影响。

2. 当采样周期1T s =时, ,设计D (z ),使该系统分别在单位阶跃信号作用下和单位斜坡信号作用下为最小拍无差系统,观察并记录理论与实际系统输出波形。

四、实验设备1. HHMN-1型电子模拟机一台。

北航自控实验报告

北航自控实验报告

北航自控实验报告北航自控实验报告自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一,通过实验,学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识,提高实践能力。

本文将从实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面,对北航自控实验进行详细介绍。

实验目的自控实验的目的是通过实际的控制系统,让学生了解自动控制的基本原理和方法,培养学生的实际操作能力和问题解决能力。

通过实验,学生能够掌握控制系统的建模、仿真和实际控制过程中的参数调整方法,提高自己的工程实践能力。

实验内容北航自控实验包括多个实验项目,其中包括PID控制器的设计与调整、系统建模与仿真、状态空间控制等。

在PID控制器的设计与调整实验中,学生需要根据给定的控制要求,设计出合适的PID控制器,并通过调整PID参数来实现系统的稳定性和性能要求。

在系统建模与仿真实验中,学生需要根据给定的系统动力学方程,建立系统的数学模型,并通过仿真软件进行系统的动态仿真。

在状态空间控制实验中,学生需要学习和应用状态空间法进行系统的控制设计。

实验结果通过实验,学生能够得到实验结果,并进行分析和总结。

实验结果包括系统的响应曲线、参数调整结果等。

学生需要根据实验结果,评估系统的控制性能,并对控制器的参数进行调整。

通过实验结果的分析,学生能够深入理解自动控制的原理和方法,并提高自己的问题解决能力。

实验总结自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一,通过实验,学生能够将理论知识应用到实践中,并提高自己的实际操作能力和问题解决能力。

在实验过程中,学生需要仔细操作实验设备,准确记录实验数据,并进行数据分析和总结。

通过实验总结,学生能够发现实验中存在的问题,并提出改进措施,提高自己的实验技巧和创新能力。

总之,北航自控实验是自动化专业学生不可或缺的一部分,通过实验,学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识,提高实践能力。

通过实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面的介绍,相信读者对北航自控实验有了更加深入的了解。

北航_自控实验报告_状态反馈和状态观测器

北航_自控实验报告_状态反馈和状态观测器

北航_自控实验报告_状态反馈和状态观测器摘要:本实验通过对一个质点的运动进行实时控制的实验研究,了解了状态反馈和状态观测器的原理和应用。

通过实验验证了状态反馈和状态观测器在控制系统中的重要性和有效性。

1引言状态反馈和状态观测器是控制系统中常用的两种控制方法,可以实现对系统状态的准确估计和实时控制。

在实际控制应用中,状态反馈和状态观测器广泛应用于电力系统、轨道交通系统等领域。

本实验通过对一个质点运动的控制,以实验方式掌握状态反馈和状态观测器的原理和应用。

2实验目的2.1理解状态反馈和状态观测器的原理;2.2 学会使用Matlab编程实现状态反馈和状态观测器;2.3通过实验验证状态反馈和状态观测器的有效性。

3实验内容与方法3.1实验设备本实验所需设备和材料有:计算机、Matlab软件。

3.2系统建模通过对质点的运动进行建模,得到系统的状态空间方程,用于状态反馈和状态观测器的设计。

3.3状态反馈设计根据系统建模和状态反馈的原理,设计状态反馈控制器,并进行仿真实验。

3.4状态观测器设计根据系统建模和状态观测器的原理,设计状态观测器,并进行仿真实验。

4实验结果与分析4.1状态反馈实验结果在进行状态反馈实验时,观察到质点运动的稳定性得到了明显提高,达到了预期的控制效果。

4.2状态观测器实验结果在进行状态观测器实验时,观察到对系统状态的估计准确性得到了明显提高,状态观测器的设计能够很好地预测系统状态变化。

5结论本实验通过对一个质点运动进行实时控制的实验研究,学习并实践了状态反馈和状态观测器的原理和应用。

通过实验验证了状态反馈和状态观测器在控制系统中的重要性和有效性。

实验结果表明,状态反馈和状态观测器能够有效改善系统的稳定性和估计准确性,达到了实时控制的目的。

[1]袁永安.现代控制理论与技术[M].北京:中国电力出版社。

[2]何国平,刘德海.控制系统设计与应用[M].北京:中国电力出版社。

[3]王晓红.状态反馈和状态观测在电力系统控制中的应用[J].电网技术,2024。

北航自控实验报告

北航自控实验报告

北航自控实验报告北航自控实验报告自控是自动控制的简称,是一门涉及控制理论和控制工程的学科。

在工程领域中,自控技术的应用非常广泛,可以用于飞行器、机械设备、电力系统等各个领域。

为了更好地理解和应用自控技术,我参与了北航自控实验。

实验一:PID控制器的设计与调试PID控制器是自控领域中最常用的一种控制器,它由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个控制环节组成。

在这个实验中,我们需要设计和调试一个PID控制器,以实现对一个电机转速的控制。

首先,我们在实验室里搭建了一个小型的电机转速控制系统。

通过连接电机和传感器,我们可以测量电机的转速,并将其反馈给控制器。

接下来,我们使用Matlab/Simulink软件进行PID控制器的设计。

通过调整PID控制器的参数,我们可以实现对电机转速的精确控制。

在调试过程中,我们遇到了一些挑战。

初始时,电机的转速波动较大,无法稳定在我们期望的值。

通过分析,我们发现PID控制器的参数需要进行适当的调整。

通过多次试验和参数调整,我们最终成功实现了对电机转速的稳定控制。

实验二:状态空间控制系统的建模与分析状态空间方法是一种用于描述和分析控制系统的数学工具。

在这个实验中,我们需要建立一个状态空间控制系统的数学模型,并进行分析。

我们选择了一个简单的倒立摆系统作为研究对象。

通过将系统分解为多个状态变量,并建立它们之间的动态方程,我们得到了一个状态空间模型。

接下来,我们使用Matlab软件进行模型的仿真和分析。

在仿真过程中,我们改变了系统的初始条件和外部扰动,观察了系统的响应。

通过分析仿真结果,我们可以得出一些结论。

例如,当初始角度较大时,系统的稳定性会受到影响;当外部扰动较大时,系统的响应会变得不稳定。

这些结论对于设计和优化控制系统非常有价值。

实验三:模糊控制系统的设计与实现模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法,它可以处理那些难以用精确数学模型描述的系统。

在这个实验中,我们需要设计和实现一个模糊控制系统,以实现对一个小型车辆的路径跟踪。

自动控制原理实验报告

自动控制原理实验报告

一、实验目的1. 理解自动控制原理的基本概念,掌握自动控制系统的组成和基本工作原理。

2. 熟悉自动控制实验设备,学会使用相关仪器进行实验操作。

3. 通过实验验证自动控制理论在实际系统中的应用,加深对理论知识的理解。

二、实验原理自动控制原理是研究自动控制系统动态过程及其控制规律的科学。

实验主要验证以下原理:1. 线性时不变系统:系统在任意时刻的输入与输出之间关系可用线性方程表示,且系统参数不随时间变化。

2. 稳定性:系统在受到扰动后,能够逐渐恢复到稳定状态。

3. 控制器设计:通过控制器的设计,使系统满足预定的性能指标。

三、实验设备1. 自动控制实验台2. 计算机及控制软件3. 测量仪器(如示波器、信号发生器、数据采集器等)四、实验内容1. 线性时不变系统阶跃响应实验2. 线性时不变系统频率响应实验3. 控制器设计实验五、实验步骤1. 线性时不变系统阶跃响应实验(1)搭建实验电路,连接好相关仪器;(2)设置输入信号为阶跃信号,观察并记录输出信号;(3)分析阶跃响应曲线,计算系统动态性能指标。

2. 线性时不变系统频率响应实验(1)搭建实验电路,连接好相关仪器;(2)设置输入信号为正弦信号,改变频率,观察并记录输出信号;(3)分析频率响应曲线,计算系统频率特性指标。

3. 控制器设计实验(1)根据系统性能指标,选择合适的控制器类型;(2)搭建实验电路,连接好相关仪器;(3)调整控制器参数,观察并记录输出信号;(4)分析控制器效果,验证系统性能指标。

六、实验结果与分析1. 线性时不变系统阶跃响应实验(1)实验结果:绘制阶跃响应曲线,计算系统动态性能指标;(2)分析:与理论值进行对比,验证系统动态性能。

2. 线性时不变系统频率响应实验(1)实验结果:绘制频率响应曲线,计算系统频率特性指标;(2)分析:与理论值进行对比,验证系统频率特性。

3. 控制器设计实验(1)实验结果:调整控制器参数,观察并记录输出信号;(2)分析:验证系统性能指标,评估控制器效果。

北航自动控制原理实验

北航自动控制原理实验

成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院数学与系统科学学院专业方向系统与控制班级110923学号11091060学生姓名李健兴指导教师自动控制与测试教学实验中心实验七非线性环节对系统动态过程的响应一、实验目的1. 了解非线性环节特性;2. 了解非线性环节对系统动态过程的响应;3. 学会应用描述函数法研究非线性系统的稳定性。

二、实验内容2. 非线性环节由计算机模拟产生,它们分别是:(1) 磨擦特性,如图7.3。

M=1图7.3(2) 饱和特性,如图7.4。

K=1,S=0.5图7.4(3) 继电特性,如图7.5。

M=1,h=0.5图7.5三、实验原理1. 非线性系统和线性系统存在本质差别:(1)线性系统可采用传递函数、频率特性、脉冲过渡函数等概念,同时由于线性系统的运动形式和输入幅值、初始状态无关,通常是在典型输入函数和零初始条件下进行研究。

(2)非线性系统由于叠加原理不成立,线性系统的上述方法不适用,所以常采用相平面方法和描述函数方法进行研究。

2. 实验从两方面观察非线性:相轨迹和动态响应(1)相轨迹:相平面上的点随时间变化描绘出来的曲线叫相轨迹。

相平面的相坐标为C和dC,实验软件当中给出的就是在此坐标下自动描绘的相轨迹。

初始条件不同,系统的运动趋势不同,所描绘的相轨迹也会有所不同。

(2)动态响应:对比有无非线性环节时系统动态响应过程。

四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。

2.PC机一台。

3.数字式万用表一块。

五、实验数据1、绘制相轨迹和动态响应曲线:(1)系统无非线性环节(2)磨擦特性,M=1(3) 饱和特性,K=1,S=0.5S=2时,(4) 继电特性,M=1,h=0.5六、结果分析2、饱和特性:饱和特性的等效增益曲线表明,饱和现象将使系统的开环增益在饱和区时下降。

控制系统设计时,为使功放元件得到充分利用,应注使功放级首先进入饱和;为获得较好的动态性能,应通过合适选择线性区增益和饱和电压,使系统既能获得较小的超调量,又能保证较大的开环增益,减小稳态误差。

北航自控实验报告

北航自控实验报告

北航自控实验报告篇一:北航自控实验二-2014年最新最全报告成绩自动控制原理实验报告控制系统串联校正学院自动化科学与电气工程学院专业方向测试与控制班级120323 学号xxx 学生姓名xxx 指导教师张军香2014年11月实验三控制系统串联校正一、实验目的1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。

2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

二、实验内容1、设计串联超前校正,并验证。

2、设计串联滞后校正,并验证。

三、实验原理1. 系统结构如图所示:图3-1其中????(s)为校正环节,可放置在系统模型中来实现,也可使用模拟电路的方式来实现。

2. 系统模拟电路图如图:其中??1=??3=??2=??6=100KΩ,??5=1MΩ,??4=250KΩ,??1=10μF,??2=1μF3. 未加校正时???? s =1 4、加串联超前校正时???? s 给定a=??TS+1????+1,a>1=,T=,则???? s =+??+15、加串联滞后校正时???? s=??TS+1????+1b篇二:自动控制实验报告_北航15系大三自动控制原理实验报告院系:宇航学院班级:学号:姓名:目录实验五采样系统研究 (3)实验六实验七状态反馈与状态观测器 (9)非线性环节对系统动态过程的响应 (17)实验五采样系统研究一、实验目的1. 了解信号的采样与恢复的原理及其过程,并验证香农定理。

2. 掌握采样系统的瞬态响应与极点分布的对应关系。

3. 掌握最少拍采样系统的设计步骤。

二、实验原理1. 采样:把连续信号转换成离散信号的过程叫采样。

2. 香农定理:如果选择的采样角频率?s,满足?s?2?max条件(?max为连续信号频谱的上限频率),那么经采样所获得的脉冲序列可以通过理想的低通滤波器无失真地恢复原连续信号。

3. 信号的复现:零阶保持器是将采样信号转换成连续信号的元件,是一个低通滤波器。

1?e?Ts其传递函数:s4. 采样系统的极点分布对瞬态响应的影响:Z平面内的极点分布在单位圆的不同位置,其对应的瞬态分量是不同的。

北航自动控制原理实验2

北航自动控制原理实验2

实验二频率响应测试实验目的▪掌握频率特性的测试原理及方法;▪测定给定环节的频率特性;▪学习根据所测定出的系统的频率特性(幅频和相频特性),确定系统传递函数的方法。

▪系统模拟电路图及系统结构图分别如图所示:▪系统传递函数为:▪分别测定以上系统的幅频以及相频特性曲线。

R=200KΩ,则()200102002++=S S S G R=100KΩ,则()001100012++=S S S G▪时域分析法有一定的局限性,在系统特征方程是高阶方程时,它的时域特性就很难用分析法来确定(求解高阶微分方程的解就比较困难),目前还没有直接按给出的时域指标进行系统设计的通用方法,而频率法是一种间接研究控制系统性能的工程方法(通过实验方法),在频率响应方法中,在一定的范围内改变输入信号的频率,研究其产生的响应,许多复杂元件的传递函数,常常通过频率响应实验来确定。

▪频率响应是系统对正弦输入的稳态响应。

▪若输入信号达到稳态值时,其输出信号为,改变正弦输入信号频率,便可测的两组A 1/A 2和随f 变化的数值,这个变化规律就是系统的幅频及相频特性曲线。

▪幅频特性是系统在正弦输入时,输出与输入的稳态振幅(电压伏值)之比。

频特性曲线是由示波器方式,在屏幕的坐标上读取输入和输出的幅值,求出比值。

▪相频特性是系统在正弦输入时,输出与输入达到稳态振荡时的相位之差。

通过李沙育图形方式来观测系统相位差超前-滞后的度数。

)sin()(2ϕω+=t A t U o )sin()(1t A t U i ω=ϕ实验原理假设有两个正弦输入信号,,Y 比X 滞后一定的角度,若以X(t)为横轴,Y(t)为纵轴,而以ω作为参变量,建立一个新的坐标系,将和的图形在新坐标系上进行叠加,则随着ωt 的变化,X(t)和Y(t)所确定的点的轨迹,将在X-Y 平面上描绘出一条封闭的曲线。

这个图形就是物理学上称为的“李沙育图形”。

)sin()(ϕωω+=t Y t Y m )sin()(t X t X m ωω=)sin()(t X t X m ωω=)sin()(ϕωω+=t Y t Y m实验原理李沙育图形的含义:通过慢速扫描示波器可观测到李沙育图形的形成过程,根据李沙育图形的旋转方向是顺时针或逆时针旋转可以判断相位是超前还是滞后,进一步计算超前或滞后的角度,(顺时针旋转相角超前,逆时针旋转相角滞后)。

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自动控制原理实验报告
一、实验名称:一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试
二、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
三、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时的响应曲线,测定过渡过程时间T s
2、建立二阶系统电子模型,观测并记录不同阻尼比的响应曲线,并测定超调量及过渡过程时间T s
四、实验原理及实验数据
一阶系统
系统传递函数:
由电路图可得,取则K=1,T分别取:0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00
R2 0.25MΩ0.5MΩ1MΩ
C 1μ1μ1μ
T S 实测0.7930 1.5160 3.1050
T S 理论0.7473 1.4962 2.9927
阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析
(1)当T=0.25时,误差==6.12%;
(2)当T=0.5时,误差==1.32%;
(3)当T=1时,误差==3.58%
误差分析:由于T决定响应参数,而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差,另外,导线的连接上也存在一些误差以及干扰,使实验结果与理论值之间存在一定误差。

但是本实验误差在较小范围内,响应曲线也反映了预期要求,所以本实验基本得到了预期结果。

实验结果说明
由本实验结果可看出,一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线,特征有T确定,T越小,过度过程进行得越快,系统的快速性越好。

二阶系统
图1.1
图1.2 图1.3
系统传递函数:

二阶系统模拟线路
0.25 0.50 1.00
R4 210.5
C2 111
实测45.8% 16.9% 0.6%
理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480
T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注:T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出,否则误差较大。

误差计算及分析
1)当ξ=0.25时,超调量的相对误差=
调节时间的相对误差=
2)当ξ=0.5时,超调量的相对误差==3.7%
调节时间的相对误差==3.4%
4)当ξ=1时,超调量的绝对误差=
调节时间的相对误差==3.46%
误差分析:由于本试验中,用的参量比较多,有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差,误差再累加,导致最终结果出现了比较大的误差,另外,此实验用的导线要多一点,干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。

但是在观察响应曲线方面,这些误差并不影响,这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点,通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系,不影响预期的效果。

实验结果说明
由本实验可以看出,当ωn一定时,超调量随着ξ的增加而减小,直到ξ达到某个值时没有了超调;而调节时间随ξ的增大,先减小,直到ξ达到某个值后又增大了。

经理论计算可知,当ξ=0.707时,调节时间最短,而此时的超调量也小于5%,此时的ξ为最佳阻尼比。

此实验的ξ分布在0.707两侧,体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程,达到了预期的效果。

图2.2
图2.1
图2.3
自动控制原理实验报告
一、实验名称:频率响应测试
二、实验目的
1、掌握频率特性的测试原理及方法
2、学习根据所测定出的系统的频率特性,确定系统传递函数的方法
三、实验内容
1、测定给定环节的频率特性四、实验原理及实验数据
系统模拟运算电路图
系统传递函数为:
取R=100KΩ,则G(s)=
取R=200KΩ,则G(s)=
若正弦输入信号为U i(t)=A1Sin(ωt),则当输出达到稳态时,其输出信号为U o(t)=A2Sin(ωt+ψ)。

改变输入信号频率f=值,便可测得二组A1/A2和ψ随f(或ω)变化的数值,这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。

1 2 3 4 5 6
f 1.5924 1.9108 2.2293 2.5478 2.8662 3.1847
10 12 14 16 18 20
0.9435 0.7104 0.5886 0.4473 0.3479 0.2773
1 0.8755 0.7625 0.6455 0.5538 0.4786
90 61.10 49.68 40.21 33.63 28.59
图1.1 1.2
确定系统传递函数
由数据可知,特征点处
图1.1 图1.2
=0.5299
误差计算及分析
系统理论传递函数为G(s)=,

所以,ξ的误差为
1 2 3 4 5
f 1.9108 2.2293 2.5478 2.8662 3.1847
12 14 16 18 20
1.5060 1.425 1.179 0.9123 0.7074
0.9463 1 0.9229 0.8838 0.6319
71.14 90 67.35 62.10 39.19
图2.1 2.2
确定系统传递函数
由数据可知,特征点处
=0.3509
误差计算及分析
系统理论传递函数为G(s)=,

所以,误差为ξ的误差为
由以上的误差计算可以看出,实际算出的系统与理论值比较,误差比较小,基本符合实验要求。

对于实验误差,可能是由于测试过程中可变电阻的调节上不是很精确。

以及连接线路上接触不好及温度影响等原因有微小的干扰造成误差等。

附表:其他频率的示波器和李莎育图形
10
12
图2.1 图2.2
14 16 18 20 12 14 16 18
20
自动控制原理实验报告
一、实验名称:控制系统串联校正 二、实验目的
1、了解和掌握串联校正的分析和设计方法
2、研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响
三、实验内容
1、设计串联超前校正,并验证
2、设计串联滞后校正,并验证
四、实验原理及实验数据
1、系统结构如下图所示:
其中Gc(s)为校正环节,可放置在系统模型中来实现,也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。

2、系统模拟电路如下图:
3,未加校正时Gc(s)=1 4,加串联超前校正时 Gc(s)=
(a>1)
给定a=2.44,T=0.26,则Gc(s)=
5, 加串联滞后校正时
Gc(s)= (0<b<1)
给定b=0.12,T=83.33,则Gc(s)=
实验电阻电容取值
R1=R2=R6=100K Ω R4=250K Ω R5=1M Ω
C1=C2=1.0μF
不加校正
调节时间超调量
截止频率:1.88rad/s 幅值裕度:85dB 相位裕度:28°加入超前校正
调节时间超调量
阶跃响应曲线
波特图阶跃响应曲线
波特图
截止频率:2.38rad/s 幅值裕度:77.4dB 相位裕度:47.4°加入滞后校正
调节时间超调量截止频率:0.449rad/s 幅值裕度:103dB 相位裕度:54.8°
阶跃响应曲线波特图
实验数据分析
1、可以判断三个系统都是稳定系统。

2、加串联超前校正时的系统比未加校正时调节时间短,即系统快速性变好了,而且超调量也减小了。

从频率角度来看,截止频率减小,相位稳定裕度增大,系统的稳定性变好了。

3、加串联滞后校正时的系统比未加校正时调节时间长,即系统快速性变差了,但是超调量减小了很多,甚至比加串联超前校正时的超调还小。

从频率角度来看,截止频率变小了,但相位稳定裕度增大了很多,甚至超过了加串联超前校正时的相位稳定裕度。

4、加串联超前校正和串联滞后校正都能改变系统的稳定性能参数。

但是改变状况又不一样。

加串联超前校正即使系统变快,又降低了超调,使相位稳定裕度增大,使系统在调节时间和超调量上达到了比较好的平衡,使系统变得比较好。

而加入串联滞后校正时的系统是以加长调节时间来达到降低超调量的目的的,使相位稳定裕度达到比较好的程度,但是这个系统比未加校正时变慢了不少,在对快速性要求较高时不适用。

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