自动控制原理实验报告自动化专业电子版

精心整理自动控制原理实验报告
课程编号：ME3121023
专业
班级
姓名
实验目的和要求：
通过自动控制原理实验牢固地掌握《自动控制原理》课的基本分析方法和实验测试手段。

能应用运算放大器建立各种控制系统的数学模型，掌握系统校正的常用方法，掌握系统性能指标同系统结构和参数之间的基本关系。

通过大量实验，提高动手、动脑、理论结合实际的能力，提高从事数据采集与调试的能力，为构建系统打下坚实的基础。

一、
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4
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分环节和比例积分微分环节。

2、在阶跃输入信号作用下，记录各环节的输出波形，写出输入输出之间的时域数学关系。

3、在运算放大器上实现各环节的参数变化。

（三）、实验要求：
1、仔细阅读自动控制实验装置布局图和计算机虚拟测量软件的使用说明书。

2、做好预习，根据实验内容中的原理图及相应参数，写出其传递函数的表达
式，并计算各典型环节的时域输出响应和相应参数（K、T）。

3、分别画出各典型环节的理论波形。

5、输入阶跃信号，测量各典型环节的输入和输出波形及相关参数。

（四）、实验原理：
实验原理及实验设计：
1
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3．
时域输出响应：
4．比例积分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：
传递函数：
比例系数：
时常数：
时域输出响应：
5．比例微分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：
比例系数：
时常数：
时域输出响应：
6．
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3、
1
2
3
的原因。

（七）、记录实验数据：
、实测
实验二二阶系统的性能研究
（一）、实验目的：
通过实验加深理解二阶系统的性能指标同系统参数的关系。

（二）、实验内容：
1、二阶系统的时域动态性能研究；
（三）、实验要求：
1、做好预习，根据实验原理图所示相应参数，写出系统的开环，闭环传递函数。

（八）、思考与讨论：
将实验结果与理论知识作对比，并进行讨论。

实验三系统时域分析实验
（一）、实验目的：
1、深入掌握二阶系统的性能指标同系统闭环极点位置的关系。

2、掌握高阶系统性能指标的估算方法及开环零、极点同闭环零、极点的关系。

3、能运用根轨迹分析法由开环零极点的位置确定闭环零极点的位置。

（二）、实验内容：
1
1
2R的3
1
S
误差系数。

预习内容：(1)三阶系统时域实验参数计算和根轨迹图：
（五）、实验方法与步骤
1、根据原理图构造实验电路。

2、测量时域响应波形和相应参数。

3、将所测得的数据填入实验数据表中。

（八）、思考与讨论：
将实验结果与理论知识作对比，并进行讨论。

实验四二阶系统的性能频域研究（一）、实验目的：
1、通过实验加深理解二阶系统的性能指标同系统参数的关系。

2、掌握系统频率特性测试方法。

3、研究二阶系统频率特性与系统动态性能之间的关系。

（二）、实验内容：
实验五校正实验
（一）、实验目的：
1、掌握系统校正的两种基本方法的原理。

2、深入理解开环零、极点对闭环系统性能的影响关系。

3、加深理解串联校正（微分、积分、复合校正）和并联校正的特点，学会正确
选择校正装置。

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（五）、实验方法与步骤：
1、根据原理图构造实验电路
（六）、讨
论与思考
1、比
较相角超前校正网络与相角滞后校正网络（从目的、效果、优点、缺点、适用场合、不适用场合等几方面进行比较）？
（七）、记录实验数据：
系
统
参数系统响应测量值
电阻
(K)
U o(t p) U o(∞) % t r t s t p
未加校正R=100
K
R= 25 R= 临界振
荡
加导前网络临界
振荡
时的
阻值：
R=
R= 25
3、掌握各类典型环节的输入和输出时域关系。

4、学会时域法测量典型环节参数的方法。

（二）、实验内容：
1、用运算放大器构成饱和、继电器、死区、空回（可选做）非线性典型环节。

2、输入在+5~-5伏之间可连续变化的电压信号，测量各典型环节的输入和输出
波形及相关参数。

（三）、实验要求：
1、做好预习，根据实验内容中的原理图及相应参数，写出其数学表达式，并
计算相关参数。

2、分别画出各典型环节的理论波形。

（四）、实验原理：
实验原理及实验设计：
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并进
实验七非线性系统实验
（一）、实验目的：
1、熟悉非线性系统的分析方法(相平面法)。

2、了解控制系统存在非线性环节对系统性能的影响。

（二）、实验内容：
用相平面法分析继电型非线性系统的阶跃响应和稳态误差。

（三）、实验要求：
1、做好预习，根据实验内容中的原理图及结构图的相应参数计算在阶跃信号
作用下误差e(t)的相轨迹。

2、画出相平面图及在不同阶跃信号输入下的相轨迹和输出波形。

（四）、实验原理
非线性系统的相平面分析法是状态空间分析法在二维空间特殊情况下的应用。

它是一种不用求解方程，而用图解法给出X1=e,X2=的相平面图。

由相平面图就能清楚地知道系统的动态性能和稳态程度。

（五）、实验方法与步骤
1、根据原理图构造实验电路。

2、测量时域响应波形和相应参数。

3、将所测得的数据填入实验数据表中。

（六）、记录实验数据：
4V 3V 2V 1V
输入电压
值（V）
超调
量M p
（从有信
号到无信
号）
超调
实验八状态反馈（极点配置实验）
（一）、实验目的：
掌握状态全反馈改善系统性能的原理和状态观测器的模拟实现方法。

（二）、实验内容：
用全状态反馈实现二阶系统极点的任意配置，并用电路模拟实验和软件仿真予以实现。

（三）、实验要求：
1
3
阶系
1
2、测量时域响应波形和相应参数。

3、将所测得的数据填入实验数据表中。

（八）、思考与讨论：
将实验结果与理论知识作对比，并进行讨论。

实验九采样系统分析实验
（一）、实验目的：
掌握采样控制系统实验研究方法，深入理解系统参数、采样周期同系统性能之间的关系，掌握采样脉冲宽度同系统输出波形的关系。

（二）、实验内容：
1、构建一个二阶采样系统模型，观察采样周期同系统性能间的关系
2
（三）、实验要求：
1、做好预习，清楚掌握采样控制系统实验研究方法，掌握采样脉冲宽度同系统
输出波形的关系。

（四）、实验原理
1、信号的采样保持与采样周期的
关系实验
（1）、用示波器同时观察并记录LF398的输入波形和输出波形。

此时输入波形和输
出波形一致。

（6）、改变采样周期直至20ms，重复步骤（1）。

此时输入波形和输出波形一致，没有失真。

（7）、继续改变采样周期T>20ms,重复步骤（1）。

此时没有输出波形,即系统采样失真,从而验证了香农定理。

2、采样系统的稳定性及瞬态响应实验
（五）、记录实验数据：
1、信号的采样保持与采样周期的关系实验
采样周
输入波形输出波形
期。