南理工 机械院 控制工程基础实验报告

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1、实验1模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验一、实验目的根据等效仿真原理，利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器，以干电池作为输入信号，研究控制系统的阶跃时间响应。二、实验内容研究一阶与二阶系统结构参数的改变，对系统阶跃时间响应的影响。三、实验结果及理论分析1.一阶系统阶跃响应a.电容值1uF，阶跃响应波形：b.电容值2.2uF，阶跃响应波形：a.电容值4.4uF，阶跃响应波形：1.一阶系统阶跃响应数据表电容值（uF）稳态终值Uc（∞）（V）时间常数T(s)理论值实际值理论值实际值1.02.872.900.510.502.22.872.9

2、01.021.074.42.872.902.242.06元器件实测参数Ur=-2.87VRo=505kΩR1=500kΩR2=496kΩ其中误差原因分析：①　电阻值及电容值测量有误差；②　干电池电压测量有误差；③　在示波器上读数时产生误差；④　元器件引脚或者面包板老化，导致电阻变大；⑤　电池内阻的影响输入电阻大小。⑥　在C=4.4uF的实验中，受硬件限制，读数误差较大。1.二阶系统阶跃响应a.阻尼比为0.1，阶跃响应波形：b.阻尼比为0.5，阶跃响应波形：c.阻尼比为0.7，阶跃响应波形：d.阻尼比为1.0，阶跃响应波形：1.二阶系统阶跃响应

3、数据表ξRw（Ω）峰值时间tp（s）Uo(tp)（V）调整时间ts（s）稳态终值Us（V）超调（%）Mp震荡次数N0.1454k0.34.82.82.9562.760.552.9k0.43.30.52.9511.910.724.6k0.43.00.32.922.711.02.97k1.02.981.02.9800一、回答问题1.为什么要在二阶模拟系统中设置开关K1和K2，而且必须同时动作？答：K1的作用是用来产生阶跃信号，撤除输入信后，K2则是构成了C2的放电回路。当K1一旦闭合（有阶跃信号输入），为使C2不被短路所以K2必须断开，否则系统传

4、递函数不是理论计算的二阶系统。而K1断开后，此时要让C2尽快放电防止烧坏电路，所以K2要立即闭合。2.为什么要在二阶模拟系统中设置F3运算放大器？答：反相电压跟随器。保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。实验2模拟控制系统的校正实验一、实验目的了解校正在控制系统中的作用。一、实验内容设计一个串联校正装置来改善系统性能，使其满足指定的指标要求。二、实验结果及理论分析1.系统校正前输出波形：2.校正前二阶系统数据表峰值时间tp（s）Uo(tp)（V）调整时间ts（s）稳态终值Us（V）超调（%）Mp震荡次数N测量数

5、值0.64.43.62.950.74元器件参数R1=98.2kΩ,R2=98.7kΩ,R3=98.5kΩ,R4=97.8kΩ,R5=98.8kΩR6=506kΩ,R7=100kΩ,R8=234kΩ,R9=98.8kΩC1=1.08uF,C2=1.10uF,C3=1.2.87uF理论数值0.54.63.52.96041.系统校正后输出波形：2.校正后二阶系统数据表峰值时间tp（s）Uo(tp)（V）调整时间ts（s）稳态终值Us（V）超调（%）Mp震荡次数N测量数值0.23.10.32.926.21系统校正后，达到稳态的时间大大缩短，而且振荡过

6、程中超调量也变得很小，总之，系统校正后稳定性大大提高。一、回答问题1.校正前系统的输出为何与输入反相？答：因为校正前输入信号经过了三个放大器，而且每次都是从放大器负引脚输入，所以每经过一次信号反相一次，三次之后输出信号正好与输入信号反相。或者说，系统的传递函数中还有一个“－”。2.校正后的系统电模拟线路原理图中F5的作用是什么？答：反相电压跟随器。保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。实验3模拟一阶系统频率特性测试实验一、实验目的学习频率特性的测试方法，根据所测量的数据，绘制一阶惯性环节的开环Bode图，并求取

7、系统的开环传递函数一、实验内容利用频域法的理论，有一阶系统的开环频率特性分析其闭环系统的特性。二、实验结果及理论分析1.频率特性数据记录表设计频率值（Hz）20405060708090100110120150实测频率值（Hz）20.2840.8849.9559.8170.9279.6290.09100.2110.6120.2150.4输入峰-峰值(V)1.881.961.962.002.002.002.002.002.002.002.00周期T49.3624.5020.1016.7614.1212.5611.0810.029.608.306.

8、65输出峰-峰值(V)6.163.643.002.602.202.001.761.601.481.321.08相移7.204.804.003.503.002.702