自动控制原理实验报告

自动控制原理实验报告

自动化0801班

隋伟08212013

李响08212009

实验一典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1、掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。

2、掌握控制系统时域性能指标的测量方法。

二、实验仪器

1、EL—AT自动控制系统实验箱一台

2、计算机一台

三、实验原理

控制系统模拟实验采用符合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟系统环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。如改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。

四、实验步骤

1、启动计算机，在桌面双击图标ZK（自动控制实验系统）运行软件。

2、测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查

找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

3、连接各个被测典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的

DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。

4、在实验课题下拉菜单中选择实验一【典型环节及其阶跃响应】。

5、点解实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设置窗口中设置相应的实

验参数后，鼠标单击确认，等待屏幕的显示区显示实验结果。

6、观测计算机pingmu 显示除的响应曲线及数据。

7、记录波形及数据。

五、实验内容

1、比例环节

G（S）=-R2/R1

得到其输入及响应曲线如图所示：

输入为1V

输出为-2.17V

2、惯性环节

G(S)=-K/TS+1

K=R2/R1,T=R2*C

得到其输入输出曲线如图：

3、积分环节

G（S）=1/TS ;

T=R*C

得到输入及响应曲线如图：

4、微分环节

G(S)=-RCS

得到输入及响应图形如下

输入为1V 输出稳态约等于0V 5、比例微分环节

G（S）=-K(TS+1) ;

K=R2/R1,

T=R2*C

得到输入及响应曲线如图：

输入为1V 输出稳态为-0.97V

实验二 二阶系统阶跃响应

一、 实验目的

1. 研究二阶系统的特征参数，阻尼比ξ和无阻尼自然频率ωn 对系统动态性

能的影响。定量分析ξ和ωn 与最大超调量Mp 和调节时间ts 之间的关系。 2. 学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。 二、实验仪器

1、EL —AT 型自动控制系统实验箱一台

2、计算机一台 三、实验内容

典型二阶系统的闭环传递函数为

2222)(n

n n

s S ωξωωϕ++= （1）

其中ξ和ωn 对系统的动态品质有决定的影响。 二阶系统的模拟电路如图：

电路结构图如图：

系统闭环传递函数为

2

2

2

12/1)/(/1)(/)()(T

S T K S T s U s U s ++==ϕ （2）

式中T=RC K=R2/R1 四、实验步骤

1.取ωn=10rad/s,即令R=100K Ω，C=1μf ；分别取ξ=0、0.25、0.5、0.75、1、2，即取R1=100K Ω，R2分别等于0、50K Ω、100K Ω、150K Ω、200K Ω、400K Ω。输入单位阶跃信号，测量不同的ξ时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp 和调节时间Ts 的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。

2.取ξ=0.5，即电阻R2取R1=R2=100K Ω；ωn=100rad/s,即取R=100K Ω,改变电路中的电容C=0.1μf （注意：两个电容值同时改变）。输入单位阶跃信号，测量系统阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量p σ和调节时间n T 。 五、实验分析

1.ωn=10rad/s ξ=0 （R2=0） 实验结果如下图：

系统为零阻尼状态，输出呈等幅震荡

2.ωn=10rad/s ξ=0.25（R2=50K Ω） 实验结果如下图：

系统为欠阻尼状态

实验可得：超调量Mp=0.51 调节时间Ts=1.064s 理论值：超调量Mp=2

1ξπξ

--e =0.467

调节时间Ts=

n

ξω3

=1.2s

传递函数：模拟电路参数求得 1005100

)(2++=

s s s ϕ

由实验数据求得 181

65.5181

)(2++=s s s ϕ

3.ωn=10rad/s ξ=0.5（R2=100K Ω） 实验结果如下图：

系统为欠阻尼状态

实验可得：超调量Mp=0.20 调节时间Ts=0.64s 理论值：超调量Mp=2

1ξπξ

--e =0.26

调节时间Ts=

n

ξω3

=0.6s

传递函数：由模拟电路参数求得 10010100

)(2

++=

s s s ϕ 由实验数据求得 69

.10538.969

.105)(2++=s s s ϕ

4.ωn=10rad/s ξ=0.75（R2=150K Ω） 实验结果如下图：

系统为欠阻尼状态

实验可得：超调量Mp=0.16 调节时间Ts=0.48s 理论值：超调量Mp=2

1ξπξ

--e

=0.21