机电控制工程基础实验报告 自控实验一.docxVIP

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 实验编号 同组同学 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,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间Ts 2、 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间Ts。 三、实验原理 1、一阶系统阶跃响应性能指标的测试 系统的传递函数为: 模拟运算电路如下图 : 其中,;在实验中，始终保持即，通过调节和的不同取值，使得的值分别为0.2,0.51,1.0。记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中取正负5%误差带，按照经验公式取 2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试 系统传递函数为： 令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图： 二阶系统的模拟电路图如下： 在实验过程中，取，则，即；在实验当中取，通过调整取不同的值，使得分别为0.25,0.5,0.707,1,观察并记录阶跃响应曲线，记录所测得的实验数据以及其性能指标， 四、实验设备： 1、HHMN-1型电子模拟机一台。 2、PC机一台。 3、数字万用表一块。 4、导线若干。 五、实验步骤： 1、熟悉电子模拟机的使用，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D/A输出端与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。线路接好后，经教师检查后再通电。 4、在WindowsXP桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。 5、在系统菜单中打开“实验项目”项，选择实验一，在窗口左侧选择实验模型。 6、观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格。 7、分析数据，绘制实际特性曲线，得出结论。 六．实验结果 1、模拟一阶系统信号的系统动态响应 T 0.25s 0.5s 1.0s C 1μF 1μF 1μF R2 250 KΩ 500KΩ 1MΩ Ts实测 0.7750s 1.5160s 3.0570 Ts理论 0.75s 1.5s 3.0s 阶跃响应曲线 2、模拟二阶系统信号的系统动态响应(表中的理论值由MATLAB理论仿真得到) 0.25 0.5 0.707 1.0 1μF 1μF 1μF 1μF 2 1 707KΩ 500KΩ 实测 43.8257 15.9806 4.2840 0 理论 44.3410 16.3033 4.3255 0 实测 11.0335s 5.4235s 2.5860s 4.9035s 理论 10.7762s 5.2874s 2.9293s 4.7422s 阶跃响应 曲线 七、结果分析 （一）实验实测数据与理论数据误差在允许范围内，近似公式得到了验证，实验产生误差的原因有以下几点： 实验采集数据前按下电容放电的复位键不及时，有电量残留 实验过程中采用的电位器电阻测量不太准确 与数据采集过程中的电噪声有关。 由于其他因素导致的电阻变化，比如温度等 （二）一阶系统阶跃响应没有超调量，其性能指标主要是调节时间，特性由T确定，T越大，过渡过程进行得越慢，系统的快速性越差。二阶系统的性能指标主要包括超调量和调节时间。对于欠阻尼二阶系统，其单位阶跃响应曲线具有振荡特性，阻尼比越大，超调量越小，振荡越弱。当wn一定时，先随的增大而减小，当=0.707时，达到最小值，之后随的增大而增大。当=1时，系统为二阶临界阻尼系统，阶跃响应无振荡。 八、收获、体会及建议 通过这次实验，一方面我对课堂上所学的自动控制的知识有了更深的认识，不至于仅局限于书本上的内容；另一方面，提高了动手能力，在实验中电路的连接不能犯错误，同时要能找到问题，排除故障。 在实验过程中，我发现实验设计与器材有些不太匹配的地方，比如电阻的设置太少，而采用电位器的结果又不太精确，容易造成误差，建议设置的定值电阻更多更合理些。