自动控制原理实验报告自动化专业电子版Word文件下载.docx
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5.比例微分环节:
6.比例积分微分环节:
(五)、实验方法与步骤
1、根据原理图构造实验电路。
2、测量输入和输出波形图。
3、将所测得的数据填入实验数据表中。
六)、讨论与思考
1、写出各典型环节的微分方程(建立数学模型)。
2、根据所描述的各典型环节的微分方程,你能否用电学、力学、热力学和机械学等学科中的知识设计出相应的系统?
请举例说明,并画出原理图。
3、利用MATLAB仿真,与实验中实测数据和波形相比较,分析其误差及产生的原因。
七)、记录实验数据:
名称
参数
理论值
实测值
比
R=
K=R/R1
K=Uo/Ui
例
R1=
=
环
节
惯性
C=
T=R*C=
T=
环节
R=R1=ook
积分
T=R1*C=
R1-100K
比例积
分环节
R=R1=200
K
比例微
R3=
K=
比例积分
C1=
Ti=
微分环节
C2=
Td=
(八八实测波形:
实验二二阶系统的性能研究
通过实验加深理解二阶系统的性能指标同系统参数的关系。
(二八实验内容:
1、二阶系统的时域动态性能研究;
(三八实验要求:
1、做好预习,根据实验原理图所示相应参数,写出系统的开
环,闭环传递函数。
计算、n、tr、ts、tp、%等理论值,并绘制单位阶跃信号下的输出响应理论波形。
2、自己设计实验参数。
预习内容:
(1)二阶系统时域实验参数计算:
2、测量时域响应波形和数据。
(六八记录实验数据:
'
^输入电阻参数\
R
40K
增益K
25
自然频率3n(计算值)
5
阻尼比E
(计算值)
E>
1过阻尼
E=
临界阻尼
E=1
欠阻尼
E=0.5
超调
量%
计算
值
测量
上升
时间
tr
峰值
tP
调节
tS
(七八记录实验实测波形:
(八)、思考与讨论:
将实验结果与理论知识作对比,并进行讨论
实验三系统时域分析实验
1、深入掌握二阶系统的性能指标同系统闭环极点位置的关系。
2、掌握高阶系统性能指标的估算方法及开环零、极点同闭环零、极点的关系。
3、能运用根轨迹分析法由开环零极点的位置确定闭环零极点的位置。
1、运用根轨迹法对控制系统进行分析;
明确闭环零、极点的分布和系统阶跃响应的定性关系。
(三)、实验要求:
1、做好预习,根据原理图所示相应参数,计算理论值并绘制根轨图,用试探法确定主导极点的大致位置。
2、用Routh稳定判据,求出系统稳定、临界稳定和不稳定时
的K值范围和R的取值。
3、画出输入输出的理论波形(单位阶跃信号作用下)。
1根轨迹:
当K由Ofx变化时,闭环特征根在S平面上移动的轨迹城根轨迹,不仅直观的表示了K变化时间闭环特征根的变化,还给出了参数时闭环特征根在S平面上分布的影响。
可判定系统的稳定性,确定系统的品质。
稳定性:
根轨迹若越过虚轴进入s右半平面,与虚轴交点的k即为临界增益。
稳态性能:
根据坐标原点的根数,确定系统的型别,同时可以
确定对应的静态误差系数。
(1)三阶系统时域实验参数计算和根轨迹图:
(五八实验方法与步骤
2、测量时域响应波形和相应参数。
反馈电容
C2
C3
稳定(衰减振荡)
(超调量不大于
25%
临界稳定(等幅
振荡)
不稳定(发散
振荡
1u
1u
2u
(七八记录实验实测波形:
实验四二阶系统的性能频域研究
1、通过实验加深理解二阶系统的性能指标同系统参数的关系。
2、掌握系统频率特性测试方法。
3、研究二阶系统频率特性与系统动态性能之间的关系。
二阶系统的频域动态性能研究;
1、自己设计实验参数。
2、根据原理图所示相应参数,计算理论值MP、3p、3B等理论值,并绘制幅频、相频和幅相特性图.
预习内容:
(1)、二阶系统的频域实验参数计算:
2、测量频域伯德图和奈奎斯特图。
输入电阻参数\
谐振
MP
频率
3p
截止
3c
(七八记录实验实测图形:
实验五校正实验
1掌握系统校正的两种基本方法的原理。
2、深入理解开环零、极点对闭环系统性能的影响关系。
3、加深理解串联校正(微分、积分、复合校正)和并联校正
的特点,学会正确选择校正装置。
1对与一个不稳定系统,分别储存加入导前网络、滞后网络、滞后-导前网络进行校正,然后比较其优劣性。
1做好预习,根据原理图所示相应参数,写出原系统及校正
后开环传递函数。
2、分析讨论三种串联校正网络使用场合和优缺点
1、
导前网络:
G(S)
R2
R31
mR2*R3cc
R423CS
R2R3
Ri
1r4cs
2、
滞后网络:
r2*r3
23CS
1r3cs
3、
滞后-导前网络:
G(s)
(1
1/\
S2)(1S3)
ST1)(1ST2)
其中:
KR2
R3
R5
5Ti
R4R5C2
R3C1t245
R4R6
(五八实验方法与步骤:
1、根据原理图构造实验电路
3也用
(六)、讨论与思考
1、比较相角超前校正网络与相角滞后校正网络(从目的、效果、优点、缺点、适用场合、不适用场合等几方面进行比较)?
2、自行设计用作校正控制器的实用放大电路(PDPI、
PID)。
(七八记录实验数据:
系
统
系统响应测量值
电阻
(K)
UO(tp)
U0(3)
%
ts
tp
未
加校正
R=10
0K
/
临界振
荡
加导前网络
临界振荡时的阻
值:
加滞后网络
加滞后导前网络
八)、记录实验波形:
实验六非线性典型环节实验
一)、实验目的:
1、了解相似性原理的基本概念。
2、掌握用运算放大器构成各种常用的典型环节的方法。
3、掌握各类典型环节的输入和输出时域关系。
4、学会时域法测量典型环节参数的方法。
二)、实验内容:
1、用运算放大器构成饱和、继电器、死区、空回(可选做)
非线性典型环节。
2、输入在+5~-5伏之间可连续变化的电压信号,测量各典型
环节的输入和输出波形及相关参数。
1、做好预习,根据实验内容中的原理图及相应参数,写出其
数学表达式,并计算相关参数。
2、分别画出各典型环节的理论波形。
1、继电器特性Ui-Uo的时域响应理论波形:
输出Uo
2、饱和特性Ui-Uo的时域响应理论波形:
比例系数(斜率):
3、死区特性Ui-Uo的时域响应理论波形:
死区值:
4、空回(磁滞回线)特性Ui-Uo的时域响应理论波形:
输出Uo
饱和
特性
M=
K=R/R1=
继电器
死区
R1=R2=10K
K=R/Ro=
△
=(R2/50)*12(V)=0.
4R(V)
△=
空回
tga
=(Ci/Cf)*(Rf/Ro)=
tga=
(七)、记录实验波形:
(八)、思考与讨论:
实验七非线性系统实验
(一)、实验目的:
1、熟悉非线性系统的分析方法(相平面法)。
2、了解控制系统存在非线性环节对系统性能的影响。
(二)、实验内容:
用相平面法分析继电型非线性系统的阶跃响应和稳态误差。
(三)、实验要求:
1、做好预习,根据实验内容中的原理图及结构图的相应参数
计算在阶跃信号作用下误差e(t)的相轨迹。
2、画出相平面图及在不同阶跃信号输入下的相轨迹和输出波
形。
(四)、实验原理
非线性系统的相平面分析法是状态空间分析法在二维空
间特殊情况下的应用。
它是一种不用求解方程,而用图解法给出X=e,X2=$的相平面图。
由相平面图就能清楚地知道系统的动态性能和稳态程度。
输入电压
值(V
4V
3V
2V
1V
超调量M
(从有信
号到无信
号)
量M
(从无信
号到有信
(七八记录实测波形:
实验八状态反馈(极点配置实验)
掌握状态全反馈改善系统性能的原理和状态观测器的模拟实现方法。
用全状态反馈实现二阶系统极点的任意配置,并用电路模拟实验和软件仿真予以实现。
1、做好预习,清楚利用系统内部状态反馈来改造系统极点分布的原理。
2、根据实验内容中的原理图及结构图的相应参数,分析受控系统的可控性,同时写出其状态方程和输出方程。
3、计算闭环极点位置,并绘制根轨迹图。
(四)、实验原理由于控制系统的动态性能主要取决于它的闭环极点在S平面上的位置,因而人们常把对系统动态性能的要求转化为一组希望的闭环极点。
一个单输入单输出的N阶系统,如果仅靠系统的输出量进行反馈,显然不能使系统的n个极点位于所希望的位置。
基于一个N阶系统有N个状态变量,如果把它们作为系统的反馈信号,则在满
足一定的条件下就能实现对系统极点的任意配置,这个条件是系统能控。
理论证明,通过状态反馈的系统,其动态性能一定要优于只有输出反馈的系统。
(五)、实验方法与步骤:
1、根据原理图构造实验电路。
2、测量时域响应波形和相应参数。
3、将所测得的数据填入实验数据表中
系统
ts
极点配
置前
置后
阶跃响应曲线
极
占
八、、
配
置
、八
刖
后
致,没有失真。
(7)、继续改变采样周期
T>
20ms,重复步骤
(1)。
此时没有
实验九米样系统分析实验
掌握采样控制系统实验研究方法,深入理解系统参数、采样周期同系统性能之间的关系,掌握采样脉冲宽度同系统输出波形的关系。
1、构建一个二阶采样系统模型,观察采样周期同系统性能间的关系
2、采样脉冲宽度对系统性能的影响。
1、做好预习,清楚掌握采样控制系统实验研究方法,掌握采
样脉冲宽度同系统输出波形的关系
(四八实验原理
1、信号的采样保持与采样周
期的关系实验
(1)、用示波器同时观察并记录LF398的输入波形和输出波形。
此时输入波形和输出波形一致。
此时输入波
(6)、改变采样周期直至形和输出波形
输出波形,即系统采样失真,从而验证了香农定理。
2、采样系统的稳定性及瞬态响应实验
(五)、记录实验数据:
1、信号的采样保持与采样周期的关系实验
采样
周期
输入波形
输出波形
2、采样系统的稳定性及瞬态响应实验r(t)=
超调量
(理论
值)
(实测
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