自动控制原理
实验报告
实验一二阶系统得电子模拟及时域响应得动态测试
实验二频率响应测试
实验三控制系统串联校正
实验四控制系统数字仿真
姓名：
学号:单位:仪器科学与光电工程学院
日期:2013年１2月２7日
实验一二阶系统得电子模拟及时域响应得动态测试
一、实验目得
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得关系。
２、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型得方法。
３、学习阶跃响应得测试方法。
二、实验内容
1、建立一阶系统得电子模型,观测并记录在不同时间常数T时得跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。
2、建立二阶系统得电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时得跃响应曲线，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：系统传递函数为:?
模拟运算电路如图1－1所示:
图1-1
由图1-1得U
在实验当中始终取R2=R1,则Ｋ=1，T=R2C取不同得时间常数T分别为：０、２5、０、5、１
2、二阶系统:
其传递函数为:?
令ωn=１弧度／秒,则系统结构如图1－2所示:
图１-２
根据结构图,建立得二阶系统模拟线路如图１-３所示：
图1-３
取R2C1=1,Ｒ3C2=1,则R4R3
ζ取不同得值ζ=0、２5，ζ=0、5,ζ=1
四、实验步骤
1、确定已断开电子模拟机得电源，按照实验说明书得条件和要求,根据计算得电阻电容值,搭接模拟线路；
2、将系统输入端与D/A1相连,将系统输出端与Ａ/D1相;
3、检查线路正确后,模拟机可通电;
4、双击桌面得“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。
5、在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出得对话框中阶跃信号幅值选1伏,单击按钮“硬件参数设置”,弹出“典型环节参数设置”对话框,采用默认值即可。
6、单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据,抓图记录实验曲线。
五、实验设备
HHMN－1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块
六、实验数据
一阶系统阶跃响应,图如上，数据表如下
T
0、２5
0、5
1
R2
２50K
５00K
1M
C
1μF
１μF
1μF
Ts理论
0、75s
１、5s
3、0s
Tｓ实测
0、763s
１、54３s
3、072s
Ts误差
1、73％
2、８7%
２、40％
响应图形
图１
图2
图3
图1
图２
图３
二阶系统阶跃响应,图如上,数据表如下
ζ
０、25
0、５
1
Ｒ4
2M
１M
５0０K
C2
１μF
１μF
1μＦ
σ％理论
33、０8%
16、48%
0
σ%实测
33、8９%
16、７９%
0
σ%误差
2、45%
1、8８%
０
Tｓ理论
８、6４3s
5、30７ｓ
4、724ｓ
Ts实测
８、７5２ｓ
５、39８ｓ
4、808ｓ
Ts误差
１、26％
1、７1%
１、7８%
响应曲线
图4
图5
图6
图4
图５
图6
七、误差分析
1、电阻得标称值和实际值有误差。
2、运放并非理想运放，放大倍数理论参数与实际参数有误差。
3、实验箱A/D转换时有误差。
八、实验结论
（１)一阶系统
单位阶跃响应就就是单调上升曲线,特性由Ｔ唯一决定,Ｔ越小,过渡过程进行得越快,系统得快速性越好。但应当注意到,在实验中T太小得时候对外界条件更加敏感,将导致外界得扰动对系统得输出特性有较大干扰,会使其输出特性曲线发生波动。一阶系统得单位阶跃响应就就是没有稳态误差得,这就就是因为:ess
（2)二阶系统
①平稳性:由曲线可以看出,阻尼比越大,超调量越小，响应得振荡倾向越弱,平稳性越好。反之阻尼比越小,振荡越强,平稳性越差。
②快速性:由曲线得对比可以看出,过大，例如ξ值接近于1,系统响应迟钝,调节时间ts长,快速性差；过小，虽然响应得起始速度较快，但因为振荡强烈,衰减缓慢,所以调节时间ts也长,快速性差。从实验中可以看到ξ=0.8时,ts最短
③稳态精度:可以看出，稳态分量随着t得增长衰减到０,而稳态分量等于1,因此从实验结果中我们可以看到对于欠阻尼和临界阻尼得情况下,单位阶跃响应就就是不存在稳态误差得。
?
实验二频率响应测试
一、实验目得
1、掌握频率特性得测试原理及方法。
2、学习根据所测定出得系统得频率特性,确定系统传递函数得方法。
二、实验内容
１、测定给定环节得频率特性。
2、系统模拟电路图如下图:
图2-1
３、系统传递函数为:
取R=20０KΩ,则G
取Ｒ=１00KΩ,则G
若正弦输入信号为Ui(t)＝A1Ｓin（ωｔ)，则当输出达到稳态时,其输