自动控制理论实验报告

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1、54实验评分表基本实验实验编号名称/内容（此列由学生自己填写）实验分值评分11、二阶系统的模拟与动态性能研究1012、二阶系统的稳态性能研究10设计性实验实验名称/内容实验分值评分14、线性控制系统的设计与校正2016、控制系统极点的任意配置20创新性实验实验名称/内容实验分值评分教师评价意见总分54目录实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究4任务与目标4总体方案设计4方案实现和具体设计5实验设计与试验结果5结果分析与讨论9思考题9实验十二二阶系统的稳态性能研究12任务与目标12总体方案设计12方案实现和具体设计13实验设计与试验结果

2、14结果分析与讨论19思考题20实验十四线性控制系统的设计与校正23实验内容23实验步骤28实验结果30结果分析与讨论32思考题33实验十六控制系统极点的任意配置34实验内容34实验步骤43实验结果46思考题51心得与自我评价52参考文献与致谢5354实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究任务与目标1、掌握典型二阶系统动态性能指标的测试方法。2、通过实验和理论分析计算的比较，研究二阶系统的参数对其动态性能的影响。总体方案设计典型二阶系统的方框图如图11-1：图11-1,典型二阶振荡环节的方框图其闭环传递函数为：式中为系统的阻尼比，为系

3、统的无阻尼自然频率。对于不同的系统，ζ和所包含的内容也是不同的。调节系统的开环增益K，或时间常数T可使系统的阻尼比分别为：三种。实验中能观测对应于这三种情况下的系统阶跃响应曲线是完全不同的。二阶系统可用图11-2所示的模拟电路图来模拟：54图11-2,二阶系统模拟电路图实验中为了计算方便起见，将运放A3处的20K电阻换成了10K的电阻。方案实现和具体设计1、在实验装置上搭建二阶系统的模拟电路（参考图11-2）。2.分别设置ξ＝0；0＜ξ＜1；ξ＞1，观察并记录r(t)为正负方波信号时的输出波形C(t)；分析此时相对应的各σp、ts，

4、加以定性的讨论。3.改变运放A1的电容C，再重复以上实验内容。4.设计一个一阶线性定常闭环系统，并根据系统的阶跃输入响应确定该系统的时间常数。实验设计与实验结果1、取C=0.68uf1）ξ=0.5(取R2=0欧)，波形如下：阻尼比=0.5(R2=0欧)CH1=CH2=1V/div,T=25ms/div,方波f=1Hz,Vpp=2V,C=0.68uf图11-3,ξ=0.5实验结果图542）ξ=2(取R2=30欧)，波形如下：阻尼比=2(R2=30欧)CH1=CH2=1V/div,T=100ms/div,方波f=1Hz,Vpp=2V,C

5、=0.68uf图11-4,ξ=2实验结果图2）ξ=0(内环开路)，波形如下：阻尼比=0（内环开路）CH1=CH2=1V/div,T=100ms/div,方波f=1Hz,Vpp=2V,C=0.68uf图11-5,ξ=0实验结果图2、取C=0.82uf1）ξ=0(内环开路)，波形如下54C=0.82uf,阻尼比=0(内环开路)CH1=CH2=1V/div,T=50ms/div,方波f=1Hz,Vpp=2V,图11-6,ξ=0实验结果图2）ξ=0.5(取R2=0欧)，波形如下：C=0.82uf,阻尼比=0.5(R2=0欧)CH1=CH2=

6、1V/div,T=10ms/div,方波f=1Hz,Vpp=2V,图11-7,ξ=0.5实验结果图3）ξ=2(取R2=30欧)，波形如下：54C=0.82uf,阻尼比=2(R2=30欧)CH1=CH2=1V/div,T=10ms/div,方波f=1Hz,Vpp=2V,图11-8,ξ=2实验结果图1、设计一个一阶线性定常闭环系统，并根据系统的阶跃输入响应确定该系统的时间常数。所设计的闭环系统：显然此闭环系统的表达式为，理论上的时间常数＝0.02s。加电源和示波器，观察波形，输出波的峰峰值为1.96V，在上升波的波形曲线上找到等于0.6

7、18Vpp（即0.618*1.96V＝1.21V）的位置，测出波形从稳态值上升到此值的间隔时间，即为时间常数。所测值为21ms,与理论值吻合得比较好。54CH1=12V/div,CH2=2V/div,T=100ms/div,方波f=1Hz,Vpp=1.96V,Tao=21ms结果分析与讨论由实验结果的两组图可清晰地看到ξ＝0时系统很不稳定，振荡很剧烈，理论上是振幅振荡，在实验中由于干扰因素的存在，振幅会略有衰减；当0＜ξ＜1时，响应快但存在着超调量；ξ＞1，无超调量但响应比较慢。我们分别比较三图，可以看出：ξ越小，超调量越大，ξ＝0

8、时σp最大，ξ>1时超调量σp＝0；ξ越小，调节时间ts越大，这是因为此种模型下，自然振荡频率保持不变的缘故，。思考题1.根据实验模拟电路图绘出对应的方框图。消除内环将系统变为一个单位负反馈的典型结构图。此时能知道系统中的阻尼比ξ体现