机械控制理论基础实验.doc

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1、机械控制理论基础实验车辆91吴迪09015018实验一典型环节的瞬态响应和动态分析1、一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响•实验目的通过实验加深理解如何将一个复杂的机电系统传递函数看做由一些典型环节组合而成，并且使用运算放大器来实现各典型环节，用模拟电路来替代机电系统，理解吋间响应、阶跃响应函数的概念以及吋间响应的组成，掌握时域分析基本方法。•实验原理使用教学模拟机上的运算放大器，分别搭接一阶环节，改变吋间常数T,记录下两次不同吋间常数T的阶跃响应曲线，进行比较。典型一阶环节的传递函数:G(S)二K(1+1/TS)K=RJR实验连线图其屮：T=RC•实验结果R二2

2、00k、C=1uf惯性环节的传递函数实验曲线C=1uf,R二50k惯性环节的传递函数实验曲线OlOOO^000社一：Ximi・▼mVm：)00HM•<

3、QOOM«:ftOMOlV*242・V»W：lOMeION•分析对比两组数据，电路连接相同时，改变c和R,输出曲线明显变化。这是由于根据T二RC,得八二0・2sG二0.05s。得T越小输出响应越快，此时输出曲线与输入曲线较为接近。实验二典型环节的瞬态响应和动态分析二阶环节的阶跃响应及时间参数的影响•实验目的1.学会建立典型的二阶系统数学模型与传递函数。2、加深对系统瞬态误差与稳态误差等概念的理解。3、研究二阶系统的

4、特征参数，阻尼比匚和无阻尼自然频率g对系统动态性能的影响。定量分析匚和U与最大超调量比和调节时间tsZ间的关系。4.掌握二阶系统时域性能指标的测量方法。•实验原理1、二阶系统的数学建模二阶系统是由一个比例环节和两个惯性所构成，参考电路图如下:luF二阶系统阶跃响应的电路图2、二阶系统单位反馈方块图为:T3、二阶系统单位反馈传递函数为:疋（」一）（」一）£s+l乡+11+（彳+1）（即+1）+疋环+1爲s+1K1+K1+疋家化2+（7；+7；用+1+広一£2卜忑+q

5、1匚^7；Z7J71+疋上式中令,Kk=,<2L1+疋”£+TE=丄2一2押2+口其屮：K为开环增益

6、、R为闭环增益、g为系统阻尼比、©为系统固有频率。4、不同阻尼比下二阶系统的单位阶跃响应曲线2.01.81.61.4U1•2=1.00.80.60.40.20123456789101112不同M下二阶系统的单位阶跃响应曲线•实验方法与步骤实验方法同上，在参数设置对话框屮设置FI的屯压Ul=1000mVo%1先做二阶系统的开环时域响应，观察其曲线的变化。%1将二阶开环系统进行单位反馈，组成二阶闭环系统，观察闭环响应曲线（注意：单位反馈的接连）。•实验结果C二111f时阶跃函数响应曲线90003000400050006ooo9000Yi$OOQTfo1000八二・・馆

7、:XinuYlmvU0Mtl»:looomV:lW9eWBM>0000•9000100001000007uf时阶跃函数响应曲线•分析对比C=1uf和C=7uf时的曲线,C=1ufn寸T1=RC=O.2s,T2=RC=0.2s。C=7uf时Tl=RC=1.4s,T2=RC=0.2s,分别计算比较轴和孑，得第一组的如和§都大于第二组。所以，吋间常数T小吋，系统阻尼比g较大,系统同有频率©较大，因此超调量与调整时间较大。故在现实系统屮，应调整系统参数，满足较小的吋间常数，使超调量与调整吋间变小，是系统更加高效，稳定。零点、极点分布对二阶系统瞬态响应的影响•实验目的：加深

8、理解零点对二阶系统瞬态响应的影响其屮包括：1、若系统的极点相同，而零点不同（有无零点），对系统的影响。2、若系统的极点相同，而零点距虚轴的位置不同，对系统的影响。3、加深理解零点在系统屮的作用，学会采用增加零点的方法，提高系统的阻尼比。•实验原理1、系统加入零点的模型方块图：C(S)2、零点对二阶系统瞬态响应的影响，单位阶跃响应曲线的对比:J2.51+2$210.5i156Q）=晋6（$）=$2卄+1°o（s）=$2+：+i1015t/s单位阶跃响应曲线对比•实验方法与步骤在实验项H下拉框屮仍选屮［二阶系统阶跃响应］实验。•实验要求1、自行设计建立二阶系统有零点的

9、数学模型（采用比例微分环节），进行单位阶跃响应实验（注意：整个系统的单位反馈，不可忽略二阶系统原单位反馈）。2、记录下系统前通道串联一个比例微分环节与并联一个比例微分环节的响应曲线，观察其超调量，并进行分析比较。•实验结果零点串联：零点并联:Tl•分析对比上面两纽零点串并联不同的曲线情况，可以发现零点的存在，使得二阶系统的超调量增加，同吋零点距离虚轴越远，附加零点的影响就越小。实验三典型环节的频率特性实验•实验目的加深理解系统频率特性的物理概念；掌握系统频率特性的实验方法;掌握频率特性的Bode图Nquist图的绘制。•实验原理4sin(sz)正弦输入及稳态输出惯

10、性环节的伯