自动控制原理实验报告四Word文档格式.docx
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(2)根据实验讲义的具体要求进行“运行”操作,并观察实验曲线,根据曲线计算对应参数——一阶惯性环节的转折频率、二阶闭环系统的谐振频率
&
谐振峰值
,改变被测系统的各项电路参数,画出其系统模拟电路图。
4实验步骤
4.1实验操作
4.1.1一阶惯性环节的频率特性曲线
惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-1,改变被测系统的各项电路参数,画出其系统模拟电路图,及频率特性曲线,並计算和测量其转折频率,填入实验报告。
一阶惯性环节的转折频率:
图3-2-1惯性环节的频率特性测试电路
图3-2-1电路的增益K=1,惯性时间常数T=0.1,转折频率:
实验内容及步骤
(1)构造模拟电路:
按图3-2-1安置短路套及插孔连线。
(2)运行、观察、记录:
①选择系统的频域分析/一阶惯性环节频率特性曲线,将弹出频率特性扫描点设置表,用户可在‘频率特性扫描点’设置表中根据需要填入各个扫描点角频率,设置完后,点击《确认》后,将弹出‘频率特性曲线’实验界面,点击《开始》,即可按表中规定的角频率值,按序自动产生多种频率信号,画出频率特性曲线。
②测试结束后(约五分钟),将显示被测系统的对数幅频、相频特性曲线(伯德图)和幅相曲线(奈奎斯特图),界面“显示选择”选择了“伯德图”。
③在频率特性曲线界面上移动各标尺测量出一阶惯性环节的转折频率。
4.1.2二阶开环系统的频率特性曲线
频率特性测试电路如图3-2-2所示,其中惯性环节(A3单元)的R用元件库A11中可变电阻取代。
图3-2-2二阶闭环系统频率特性测试电路
图3-2-2二阶闭环系统模拟电路的环节参数:
积分环节(A2单元)的积分时间常数Ti=R1*C1=1秒,
惯性环节(A3单元)的惯性时间常数T=R3*C2=0.1秒,开环增益K=R3/R。
设开环增益K=25(R=4K),
1.被测系统模拟电路图的构成如图3-2-2所示(同二阶闭环系统频率特性测试构成),测试其幅值穿越频率
、相位裕度
。
2.改变被测系统的各项电路参数,画出其系统模拟电路图,及开环频率特性曲线,並计算和测量其幅值穿越频率
,填入实验报告。
安置短路套及插孔连线表同笫3.2.2节《二阶闭环系统的频率特性曲线测试》。
①选择系统的频域分析/二阶开环系统频率特性曲线,将弹出频率特性扫描点设置表,用户可在设置表中根据需要填入各个扫描点角频率,设置完后,点击《确认》后,将弹出‘频率特性曲线’实验界面,点击《开始》,即可按表中规定的角频率值,按序自动产生多种频率信号,画出频率特性曲线。
②测试结束后(约五分钟),将显示被测系统的对数幅频、相频特性曲线(伯德图)和幅相曲线(奈奎斯特图),界面“显示选择”选择了“开环-伯德图”和“奈氏图”。
③幅频穿越频率
,相位裕度γ的测试
在开环对数幅频曲线中,移动L标尺和
标尺到曲线
处,可读出幅频穿越频率
④穿越频率
自动搜索
点击搜索穿越频率键,将自动搜索并补充搜索过的点,直到搜索到谐振频率,自动停止搜索,该点测试成功后,在特性曲线上将出现‘黄色’的点,即谐振频率
,同时在界面右侧显示该系统的穿越频率角频率点,及该点的L、
、Im、Re。
界面“显示选择”选择了“开环-伯德图”。
由于本实验机所用的电容误差较大,因此其实验结果的计算值进行比对有误差。
注:
搜索时,请确保谐振峰值的两侧各有已测的测试点!
⑤在开环幅相特性曲线上测量相位裕度γ
在开环幅相特性界面区域内点击一下,则会出现相位裕度的标尺,然后拖动该标尺使之与单位圆与系统奈奎斯特曲线交点相交,标尺与负实轴的夹角,即为系统的开环相位裕度γ,界面“显示选择”选择了“开环-伯德图”。
4.2实验现象
4.2.1一阶惯性环节的频率特性曲线
(1)R2=50K,C=1μ时
(2)R2=100K,C=1μ时
(3)R2=100K,C=2μ时
4.2.2二阶开环系统的频率特性曲线
(4)C1=2μ,R2=100K,R=4K时,其它条件如原电路图不变。
(5)C1=1μ,R2=100K,R=4K时,其它条件如原电路图不变。
(6)C1=2μ,R2=200K,R=4K时,其它条件如原电路图不变。
(7)C1=2μ,R2=50K,R=4K时,其它条件如原电路图不变。
(8)C1=2μ,R2=100K,R=10K时,其它条件如原电路图不变。
4.3实验结果及其分析
4.3.1一阶惯性环节的频率特性曲线
(1)电路图及公式
电路的增益K=1,惯性时间常数T=0.1,转折频率:
(2)测量值
R2
C
惯性时间常数T
转折频率ω=1/T
实测值
计算值
误差
50K
1μ
0.05s
19.26
20
3.7%
100K
0.1s
9.84
10
1.6%
2μ
0.2s
4.98
5
0.4%
4.3.2二阶开环系统的频率特性曲线
图3-2-2二阶闭环系统模拟电路的环节参数:
设开环增益K=25(R=4K)。
(2)测量及计算值
根据公式
,
求出γ及ωc的计算值。
(其中
)
R1=500K,C2=1μ。
C1
R
K=
R2/R
Ti=R1*C1
T=R2*C2
ωn
4K
25
1s
0.32
15.81
0.5s
0.22
22.36
200K
11.18
0.45
10K
0.50
ωc
γ
14.28
13.88
2.8%
35.32
34.3
2.89%
21.31
20.01
6.1%
24.79
27.7
11.74%
10.65
14.94
40.28%
17.6
29%
18.36
10.43
43.19%
47.63
61.3
28.7%
12.43
7.50
39.66%
51.83
50.4
2.76%
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