自动控制理论实验报告张丰伟

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1、.电气学科大类2010级《信号与控制综合实验》课程实验报告(基本实验:自动控制理论基本实验)姓名张丰伟学号U201011871专业班号电气1004同组者彭永晶学号U201011868专业班号电气1004指导教师日期实验成绩评阅人.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1013、三阶系统的模拟与研究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15教师评价意见总分.目录实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究4一

2、、任务与目标4二、总体方案设计4三、方案实现和具体设计5四、实验设计与实验结果5五、结果分析与讨论8六、思考题8实验十三三阶系统的模拟与研究10一、任务与目标10二、总体方案设计10三、方案实现和具体设计11四、实验设计与实验结果12五、结果分析与讨论20六、思考题20实验十四线性控制系统的设计与校正21一、任务与目标21二、总体方案设计21三、方案实现与具体设计23四、实验设计与实验结果29五、结果分析与讨论：31六、思考题：32实验十六控制系统极点的任意配置32一、任务与目标32二、总体方案设计32三、方案实现和具体设计33四、实验设计与实验结果40五、结果分析

3、与讨论42六、思考题42实验心得与体会43参考文献44.实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究一、任务与目标熟悉电子模拟装置的组成和工作原理，掌握用运算放大器构成各种典型环节的方法。学会观察动态阶跃响应曲线的方法。测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。二、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

4、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：.图11-2,二阶系统模拟电路图,，其中R=10KΩ一、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，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。二、实验设计与实验结果1.取C=0.68uf（1）0<ξ<1(取R2<4.14kΩ)欠阻尼阶跃响应.（2）ξ

5、=1(取R2=4.14kΩ)临界阻尼阶跃响应（3）ξ>1(取R2>4.14kΩ)过阻尼阶跃响应1.取C=1uf①　ξ=0零阻尼阶跃响应.①　0<ξ<1欠阻尼阶跃响应②　ξ=1临界阻尼阶跃响应③　ξ>1过阻尼阶跃响应.一、结果分析与讨论ξ＝0时系统临界稳定，理论上是等幅振荡，但实验中由于分布参数干扰，无法做到恰好无衰减，因而振幅会略有衰减。当0＜ξ＜1时，响应快但存在着超调量。ξ＝1时，系统为临界阻尼。ξ＞1，无超调量但响应比较慢。ξ越小，超调量越大，ξ＝0时超调量最大，ξ>1时无超调量。ξ越小，因自然振荡频率保持不变，由，调节时间ts越大。二、思考题1．根据实验模拟

6、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体现在哪一部分吗？如何改变ξ的数值？方框图如图：化简后可得：系统的阻尼比ξ体现在前向通路；调节R2的值即可改变阻尼比ξ2．当线路中的A4运放的反馈电阻分别为8.2k,20k,28k,40k,50k，102k，120k，180k，220k时，计算系统的阻尼比ξ＝？,，其中R=10KΩ.取C=1μF，得闭环传递函数为；（R2单位为kΩ）R2ξ8.21.28693434175952202.12132034355964282.68700576850888403.535533905

7、93274504.242640687119291027.919595949289331209.1923881554251218013.435028842544422016.26345596729061．用实验线路如何实现ξ＝0？当把A4运放所形成的内环打开时，系统主通道由二个积分环节和一个比例系数为1的放大器串联而成，主反馈仍为1，此时的ξ＝？把运放A4的反馈电阻置零，则此时ξ＝0当把A4运放所形成的内环打开时，，阻尼比ξ为02．如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？如果阶跃信号的幅值过大，会使运放饱和，引起失真3．在电路模拟系统中，如何实现单位负