自动控制原理实验报告设计.docx

自动控制原理实 验 报 告 学 院：电子信息工程学院专 业：自动化（铁道信号）学生姓名：***学 号：1121****任课教师： 2013年 12月 11 日目 录一、实验介绍……………………………………………………………………………………1二、实验内容 实验一 典型环节及其阶跃响应…………………………………………………………2实验二 二阶系统阶跃响应………………………………………………………………6实验三 连续系统串联校正………………………………………………………………12三、总结与体会……………………………………………………………………17四、参考文献………………………………………………………………………17实验介绍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。实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明EL-AT-III型自动控制系统实验箱 一套 计算机 一台 椎体连接线 若干二、实验内容实验一 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. 掌握用运算放大器构成各种常用的典型环节的方法。3. 掌握各类典型环节的输入和输出时域关系及相应传递函数的表达形式，熟悉各典型环节的参数（K、T）， 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。二、实验原理控制系统模拟实验采用复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。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。三、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 比例环节 从图中可以看出，输入阶跃信号幅值为1V，输出响应的幅值为-2V，其传递函数为：G（S）= R2/R1=-2，比较得到阶跃响应与电路计算结果相符。惯性环节 从图中可以看出，输出响应曲线是一条缓慢下降的光滑曲线，达到稳态时正好是-2V，其传递函数为：G（S）= K/TS+1=-2/0.2s+1 （其中K=R2/R1，T=R2C），总体来看就是一个延迟下降的阶跃信号，所以符合惯性环节的阶跃响应，比较得到阶跃响应与电路计算结果相符。 积分环节 从图中可以看出，输出响应是一个斜率为-10的斜坡函数，理论上阶跃函数的积分即为斜坡函数，其传递函数为：G（S）=-1/TS=-10/s（其中T=RC）， 故输出响应是斜率为-10的斜坡函数，符合电路计算结果。由于积分环节实际上是对电流积分，所以一开始电压是正的而不是零。 微分环节从图中可以看出，输出响应其稳态响应为零，这是因为阶跃函数发生阶跃后幅值维持为在1V不再改变，其微分结果为零。瞬态响应先大幅下降，对应阶跃函数的阶跃上升过程，然后输入阶跃信号维持在1不变，瞬态响应就在零的上下微小波动，基本等于零，其传递函数为：G（S）= RCS，比较得到阶跃响应与电路计算结果相符。比例微分环节（未标明的C=0.01uf） 从上图可以看出，比例微分环节的阶跃响应实际上就是在微分环节的基础上叠加了一个比例环节，使得输出响应整体下移一部分，且下移部分的距离正好等于-1V，其传递函数为：G（S）= K（TS+1）=-1/0.1s+1（其中K=R2/R1，T=R1C），比较得到阶跃响应与电路计算结果相符。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，阻尼比和无阻尼自然频率n对系统动态性能的影响。定量分析 和n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，掌握时域性能指标的测量方法。二、实验原理控制系统模拟实验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。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。三、实验内容 典型二阶系统的闭环传递函数为 2n （S）=（1） s2＋2ns＋2n其中 和n对系统的动态品质有决定的影响。构成图2-1典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：图2-1 二阶系统模拟电路图图2-2