西电自动控制原理实验讨论与思考题.docx
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西电自动控制原理实验讨论与思考题.docx
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西电自动控制原理实验讨论与思考题
讨论与思考题
1、写出各典型环节的微分方程(建立数学模型)。
答:
比例环节:
y(t)=k*r(t)(t>=0)传递函数为:
G(s)=Y(s)/R(s)=k
惯性环节:
T*dy(t)/dt+y(t)=k*r(t)(t>=0)传递函数:
G(s)=Y(s)/R(s)=k/(T*s+1)
积分环节:
y(t)=k*
(t>=0)传递函数:
G(s)=Y(s)/R(s)=k/s=1/T*s
微分环节:
y(t)=
dr(t)/dt(t>=0)传递函数:
G(s)=Y(s)/R(s)=
s
振荡环节:
T^2*
y(t)+2
(t>=0)传递函数为:
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。
答:
(1)模拟电路中的放大电路为典型比例环节
U0=Rf/R1*Ui
(2)RC电路为典型惯性环节
(3)积分环节
机械位移系统,物体在外力F(t)作用下产生位移y(t),写出运动方程.
m
+f
+ky(t)=F(t)
讨论与思考题
1、在本实验中,系统能否出现不稳定的情况,此时电阻值R的取值范围?
答:
此次实验中不可能出现不稳定的情况,因为闭环传递函数的极点恒在s左半平面
2、在系统不稳定的情况,你能否通过改变其它元器件参数,使系统变得稳定?
改哪些参数?
如何改?
请分别列出,并加以分析。
答:
1、增加比例微分控制环节和速度反馈控制环节,减少原系统的震荡性和参数的漂移
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。
答:
matlab仿真得到的数据与实测数据与波形相比较,大致相同,但是存在误差;可能是因为控制系统电子线路中元件的值有误差。
讨论与思考题
1、系统的性能指标不理想时,如何改变系统零、极点的位置使系统性能指标得到改善?
在实际中是否可以无限制地改变系统零、极点的位置?
请说明理由。
答:
1、若要使系统稳定,则闭环极点都必须位于s左半平面。
2若要提高系统的快速性,闭环极点要远离虚轴;要是平稳性好,震荡要小,则负数极点最好位于s平面中与负实轴成
45夹角线附近。
2、在本实验中,系统不稳定的情况下,不增加零点,而是通过改变其它零、极点的位置,能否使系统稳定?
如果可以,如何改变?
如果不能,为什么?
答:
通过改变零,极点的位置可以让系统稳定,因为若系统极点都在s平面内,系统稳定,所以只要将所有极点移到s左半平面就可以了。
2、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。
答:
matlab仿真得到的数据与实测数据与波形相比较,大致相同,但是存在误差;可能是因为控制系统电子线路中元件的值有误差。
4、利用MATLAB绘制根轨迹图。
稳定C2=1uFC3=1uF:
稳定C2=1uFC3=2uF:
稳定C2=2uFC3=1uF:
稳定C2=2uFC3=2uF:
临界稳定C2=1uFC3=1uF:
临界稳定C2=1uFC3=2uF:
临界稳定C2=2uFC3=1uF:
临界稳定C2=2uFC3=2uF:
讨论与思考题
1、通过实验你有何心得体会,发现了什么问题,有何改进意见?
答:
通过自己亲自动手实验,进一步理解了二阶系统的性能指标同系统参数的关系,在理论的基础上又有了实践的经历,实验中经过一次次的修改,慢慢的完善。
实验中有出现异常,与预期的结果不同,但我们小组经过不断的尝试完成了。
2、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。
答:
matlab仿真得到的数据与实测数据与波形相比较,大致相同,但是存在误差;可能是因为控制系统电子线路中元件的值有误差。
3、利用MATLAB绘制波德图。
临界阻尼波德图
奈氏图
欠阻尼波德图
奈氏图
讨论与思考题
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)?
答:
超前校正的优点:
使Wc滞后,快速性变好,增大
,改善动态性能,展宽中频段,平稳性变好。
滞后校正的优点:
利用其高频衰减,降低中、高频段的增益,压低Wc,使
增大,提高稳定性。
缺点:
降低了快速性。
2,、自行设计用作校正控制器的实用放大电路(PD、PI、PID)。
答:
PD校正
PI校正
PID校正
讨论与思考题
1、根据所描述的各非线性典型环节,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。
例:
确定图中非线性系统的自振荡振幅和频率
解:
理想继电特性的描述函数为
N(A)=4xM/πA
由于
故-1/N(A)的轨迹为沿整个负实轴的直线
线性部分的频率特性
根据产生自持振荡的条件
得2-ω2=0解之得ω=1.4
将之代入Re[G(jω)]得
由
得A0=2.1
2、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。
饱和特性
继电器特性
误差分析
1、实验图形没有仿真图形平滑,因为试验中电压变化是手动看扭动旋钮变阻器实现从-5—+5之间电压的变化。
这样不能保证电压变化是平滑的。
2、仿真不考虑外界干扰,采用的也是理想信号源。
3、实验仪器本身存在误差。
讨论与思考题
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。
答:
实验过程中,电路中的储能元件已存有能量,给实验波形带来误差。
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- 自动控制 原理 实验 讨论 思考题
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