机械控制理论实验报告记录

机械控制理论实验报告记录

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机械控制理论基础实验08011165 翟强

机械控制理论基础实验

班级：机自86

姓名：翟强

学号：08011165

2011/4/8

实验一 典型环节的瞬态响应和动态分析

1、一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响 一、实验目的：

通过实验加深理解如何将一个复杂的机电系统传递函数看做由一些典型环节组合而成，并且使用运算放大器来实现各典型环节，用模拟电路来替代机电系统，理解时间响应、阶跃响应函数的概念以及时间响应的组成，掌握时域分析基本方法 。

二、实验内容

① 自行设计一阶环节。

② 改变系统参数T 、K （至少二次），观察系统时间响应曲线的变化。 ③ 观察T 、K 对系统的影响。

三、实验原理：

使用教学模拟机上的运算放大器，分别搭接一阶环节，改变时间常数T ，记录下两次不同时间常数T 的阶跃响应曲线，进行比较（可参考下图：典型一阶系统的单位阶跃响应曲线）。 典型一阶环节的传递函数：

G （S ）=K （1+1/TS ） 其中： RC T = 12/R R K =

典型一阶环节模拟电路：

典型一阶环节的单位阶跃响应曲线：

四、实验方法与步骤

1）启动计算机，在桌面双击“Cybernation_A.exe ”图标运行软件，阅览使用指南。

2）检查USB 线是否连接好，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。 3）在实验项目下拉框中选中本次实验，点击

按钮，参数设置要与实验系统参

数一致，设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可继续进行实验。

4）保持Ω=K R 1001，F C μ1.0=不变，分别令ΩΩ=K K R 200,1002，改变系统参数T 、K ，观察并记录系统时间响应曲线的变化。 五、实验数据整理与分析：

Ω=K R 1002,F C μ1.0=，12/R R K ==1, C R T 2==10ms

Ω=K R 2002,F C μ1.0=，12/R R K ==2, C R T 2==20ms

分析：由图可以看出，K 值增大时，一阶惯性环节的响应曲线幅值增大，T 值表征了系统过渡过程的品质，T 值增大时，系统响应变慢，达到稳定值的时间延长。

2、二阶环节的阶跃响应及时间参数的影响 一、实验目的

1. 学会建立典型的二阶系统数学模型与传递函数。 2、加深对系统瞬态误差与稳态误差等概念的理解。

3、研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn 对系统动态性能的影响。定量分析 ζ 和ωn 与最大超调量Mp 和调节时间t S 之间的关系。

4. 掌握二阶系统时域性能指标的测量方法。

二、实验内容

① 在模拟机上，自行设计二阶系统、观察开环系统时域响应曲线； ② 采用单位反馈构成闭环系统。

③ 计算该二阶系统模拟电路的阻尼比ζ与固有频率ωn 。

④ 改变ζ记录两种不同ζ下，二阶系统的单位阶跃响应曲线 ，将理论值与实测

值进行比较。

⑤ 讨论典型二阶系统性能指标p M 、s t 与ζ，ωn 的关系。

三、实验原理

1、二阶系统的数学建模

二阶系统是由一个比例环节和两个惯性所构成，参考电路图如下：

2、二阶系统单位反馈方块图为：

3、二阶系统单位反馈传递函数为：

其中：K 为开环增益、k 为闭环增益、ξ为系统阻尼比、n ω为系统固有频率。 4、不同阻尼比下二阶系统的单位阶跃响应曲线

四、实验方法与步骤

实验方法同上，在参数设置对话框中设置目的电压U1=1000mV 。 ① 先做二阶系统的开环时域响应，观察其曲线的变化。

② 将二阶开环系统进行单位反馈，组成二阶闭环系统，观察闭环响应曲线 （注意：单位反馈的接连）。

五、实验数据整理与分析：

F C K R K R μ1,200,80021=Ω=Ω=，理论值：=+=

)

1(2212

11K T T T T ξ0.033，

=

=

2

1

T

T

n

ω15rad/s，1ξ-

=e

M

p

=90.15%，=

=

n

s

t

ξω

6.06s

F

C

K

R

K

Rμ1

,

200

,

500

2

1

=

Ω

=

Ω

=，理论值：=

+

=

)

1(

2

2

1

2

1

1K

T

T

T

T

ξ0.041，=

+

=

2

1

1

T

T

K

n

ω12.25rad/s，2

1ξ

ξπ

-

-

=e

M

p

=87.90%,=

=

n

s

t

ξω

3

5.97s

F

C

K

R

K

Rμ1

,

200

,

200

2

1

=

Ω

=

Ω

=，理论值：=

+

=

)

1(

2

2

1

2

1

1K

T

T

T

T

ξ0.071，