北航自控实验报告word版本 15页.docx
- 文档编号:653597
- 上传时间:2022-10-11
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:20.90KB
北航自控实验报告word版本 15页.docx
《北航自控实验报告word版本 15页.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《北航自控实验报告word版本 15页.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
北航自控实验报告word版本15页
本文部分内容来自网络整理,本司不为其真实性负责,如有异议或侵权请及时联系,本司将立即删除!
==本文为word格式,下载后可方便编辑和修改!
==
北航自控实验报告
成绩
北京航空航天大学
自动控制原理实验报告
学院仪器科学与光电工程学院专业方向测控班级学号学生姓名指导教师
自动控制与测试教学实验中心
实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试
实验时间201X.10.22实验编号1同组同学无
一、实验目的
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的关系。
2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3.学习阶跃响应的测试方法。
二、实验内容
1.建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。
2.建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,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:
?
S=R(S)=TS+1模拟运算电路如图1-1所示:
C(S)
K
图1-1一阶系统模拟电路图
由图1-1得
U0(S)R2/R1K
==i2在实验当中始终取R2=R1,则K=1,T=R2C取不同的时间常数T分别为:
0.25、0.5、1.0。
记录不同时间常数下阶跃响应曲线,测量并记录其过渡过程时间TS,将参数及指标填在表1-1内。
2.二阶系统:
系统传递函数为:
?
S=R(S)=S+2ζω1-2所示:
C(S)
ωn2
nS+ωn
ωn=1弧度/秒,则系统结构如图
图1-2二阶系统结构图
根据结构图,建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示:
图1-3二阶系统模拟电路图
取R2C1=1,R3C2=1,则R4=R4C2=2ξ及ξ=2R
3
R11
4C2
ζ取不同的值ζ=0.25,ζ=0.5,ζ=1.0,观察并记录阶跃响应曲线,测量超调量σ%,计算过渡过程时间TS,将参数及指标填入表1-2内。
四、实验设备
1.HHMN-1电子模拟机一台。
2.PC机一台。
3.数字式万用表一块。
五、实验步骤
1.熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法,将各运算放大器接成比例器,通电调零。
2.断开电源,按照实验说明书上的条件和要求,计算电阻和电容的取值,按照模拟线路图搭接线路,不用的运算放大器接成比例器。
3.将D/A1与系统输入端Ui连接,将A/D1与系统输出端UO连接(此处连接必须谨慎,不可接错)。
线路接好后,经教师检查后再通电。
4.在WindowsXP桌面用鼠标双击MATLAB图标后进入,在命令行处键入autolab进入实验软件系统。
5.在系统菜单中选择实验项目,选择实验一,在窗口左侧选择实验模型,其它步骤察看概述3.2节内容。
6.观测实验结果,记录实验数据,绘制实验结果图形,填写实验数据表格,完成实验报告。
六、实验结果
1.一阶系统
(1)系统模拟运算电路图如图1-4所示:
250k/500k/1M
250k/500k/1M
1μ
图1-4一阶系统模拟电路图
(2)实验数据
(3)阶跃响应曲线:
图1-5a一阶系统阶跃响应T=0.25s
图1-5b一阶系统阶跃响应T=0.5s
图1-5c一阶系统阶跃响应T=1.0s
2.二阶系统
(1)系统模拟运算电路图如图1-6所示:
2M/1M/500k
1M
1M1M
1M
1μ
1M
1μ
图1-6二阶系统模拟电路图
(2)实验数据
(3)阶跃响应曲线:
图1-7a二阶系统阶跃响应ξ=0.25
图1-7b二阶系统阶跃响应ξ=0.5
图1-7c二阶系统阶跃响应ξ
=1.0
七、结果分析
1.误差分析
从得到的数据可以看出,不论是一阶还是二阶系统,实测值均与理论值有着或多或少的偏差。
从实验的过程、原理分析可能的原因有以下几条:
(1)电容电阻的标称值和实际值一般都有误差,所以依次搭接的电路的传递函数和理论不完全一致。
(2)运放带来的误差:
一方面,实验中的运放的正极没有接补偿电阻,这有可能造成零点漂移以致结果不准确。
另一方面,理想运放的放大倍数是无穷大的,而理论运放不一定是无穷大,这也会对传递函数的参数造成一定影响。
(3)实验箱A/D转换时有误差。
(4)理论公式计算的Ts和超调量也是经验估计公式,并不完全准确,所以实测值与理论值出现误差也是情理之中的。
2.系统特性分析
(1)一阶系统
单位阶跃响应是单调上升曲线,特性由T唯一决定,T越小,过渡过程进行的越快,系统的快速性越好。
但在实验中T太小的时候对外界条件更加敏感,将导致外界的扰动对系统的输出特性有较大干扰,会使其输出特性曲线发生波动。
一阶系统的单位阶跃响应是没有稳态误差的。
(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,响应的振荡倾向越弱,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:
由曲线的对比看出,ξ过大,系统响应迟钝,调节时间长,快速性差;ξ过小,虽然响应的起始速度较快,但因为振荡强烈,衰减缓慢,所以调节时间也长,快速性差。
由理论结果知ξ=0.707时,Ts最短,即快速性最好,平稳性也较好。
③稳态精度:
可以看出,稳态分量随着t的增长衰减到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的情况下,单位阶跃响应是不存在稳态误差的。
八、收获、体会及建议
本次实验是本学期第一次自控实验,由于时间较紧张并没能在课上完成二阶系统阶跃响应的部分。
第一次接触实验面板和计算机相联接的实验,觉得比较陌生,实验后对于A/D、D/A转换有了更直观的了解。
由于之前拷贝一阶系统测试结果的U盘丢失,所以在本次报告的一阶系统曲线借用了其它同学的图片并参考了相应结果,虽然和本人做的具体数据不一样,但特性及结论是一致的。
以后应当注意实验数据的保存。
实验二频率响应测试
实验时间201X.11.12实验编号1同组同学无
一、实验目的
1.掌握频率特性的测试原理及方法。
2.学习根据所测定出的系统的频率特性,确定系统传递函数的方法。
二、实验内容
1.测定给定环节的频率特性。
2.系统模拟电路图及系统结构分别如下图:
图2-1系统模拟电路图
图2-2系统结构图
系统传递函数为:
200
取R=200KΩ,则GS=S+10S+200取R=100KΩ,则GS=S+10S+500100
若正弦输入信号为Ui(t)=A1Sin(ωt),则当输出达到稳态时,其输出信号为
ω
Uo(t)=A2Sin(ωt+ψ)。
改变输入信号频率f=2π值,便可测得二组A2/A1和ψ随f(或ω)变化的数值,这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。
三、实验原理
1.幅频特性即测量输入与输出信号幅值A1及A2,然后计算其比值A2/A1。
2.实验采用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。
设有两个正弦信号:
X(ωt)=XmSin(ωt),Y(ωt)=YmSin(ωt+ψ)若以X(t)为横轴,Y(t)为纵轴,而以ω作为参变量,则随着ωt的变化,X(t)和Y(t)所确定的点的轨迹,将在X-Y平面上描绘出一条封闭的曲线。
这个图形就是物理学上成称为的“李萨如图形”。
3.相位差角Ψ的求法:
对于X(ωt)=XmSin(ωt)及Y(ωt)=YmSin(ωt)当ωt=0时,有X(0)=0;Y(0)=YmSin(ψ)即ψ=ArcSin(Y(0)/Ym),0≤ψ≤π/2时成立
四、实验设备
1.HHMN-1电子模拟机一台。
2.PC机一台。
3.数字式万用表一块。
五、实验步骤
1.画出系统模拟运算电路图,标出电阻、电容的取值。
2.画出K=2和K=5两种情况下的自动方式、示波器方式和李萨育图形。
3.填写实验数据表格。
4.用测量的实验数据分别计算出两种系统的传递函数的参数,并确定系统的传递函数。
5.分析实验数据,就理论值与实测值的差异进行分析,说明误差产生的原
六、实验结果
1.系统模拟电路图如图2-3所示
100k
100k/200k
1μ
1M
100k
1μ
100k100k
图2-3系统模拟电路图及元件参数
2.实验数据
表2-1实验结果数据表k=1
表2-2实验结果数据表k=2
(1)k=1时
图2-4a李萨如图形k=1
(1)k=2时
图2-5a李萨如图形k=2
七、结果分析
1.系统的响应是典型的二阶系统响应对于二阶振荡环节Gs=S2+2ξω
ω2n
nS+ωn
=
1
SS
(+2ξωnωn
对数辐频特性:
M=Gjω
1
特征点:
ω=ωn,M=2ξ,φ=?
90°
易知当Y(0)/Ym接近1时,ω的值即为ωn,Ac/Ar的值等于1/2ξ
(1)++k=1时φ=90°时,ω=9.7rad?
s?
1=ωnM=1.006,故ξ=0.497故Gs=S+2ξω
ω2n
nS+ωn
理论值GS=S+10S+100
(2)k=2时φ=90°时,ω=13.7rad?
s?
1=ωnM=1.428,故ξ=0.35
故Gs=S2+2ξωnS+ω=S2+9.59S+187.69n
100
=S+9.642S+94.0994.09
ω2
187.69
理论值GS=S+10S+201X.误差分析
从得到的结果看,虽然已经和理论值比较接近,但是仍存在一定误差,初步分析误差可能由一下因素造成:
(1)电容电阻的标称值和实际值一般都有误差,所以依次搭接的电路的传递函数和理论不完全一致。
(2)运放带来的误差:
一方面,实验中的运放的正极没有接补偿电阻,这有可能造成零点漂移以致结果不准确。
另一方面,理想运放的放大倍数是无穷大的,而理论运放不一定是无穷大,这也会对传递函数的参数造成一定影响。
(3)在matlab中显示的李沙育图像中找Yo时发现,当X=0时,不一定有相应的Y与之对应。
这是由于系统实际输出电压为连续的,而A/D转换是离散的,所以实验得到的Yo并不是实际的Yo,而是有一定偏差。
(4)所选的ω值太少,并不能真正找到ψ=90度时所对应的ω。
200
n
3.结论:
本实验研究了不同传递函数的频率响应,并通过李沙育图像求得了响应相对于输入的滞后角,进而由实验数据验证了系统的传递函数。
八、收获、体会及建议
之前在物理实验中接触过由示波器显示李萨如图形,本次实验中由计算机绘制李萨如图形显然更加清晰、间接、容易记录与计算,让我们深深体会到了计算机处理技术的重要性。
实验三控制系统串联校正
实验时间201X.10.22实验编号1同组同学无
一、实验目的
1.了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2.研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验内容
1、设计串联超前校正,并验证。
2、设计串联滞后校正,并验证。
三、实验原理
1.系统结构如图3-1所示:
图3-1系统结构图
其中GC(s)为校正环节,可放置在系统模型中来实现,也可使用模拟电路的方式来实现。
2.系统模拟电路图如图3-2所示:
图3-2系统模拟电路图
3.未加校正时GCs=1
aTS+1
4、加串联超前校正时GCs=TS+1,a>1。
给定a=2.44,T=0.26,则GCs=0.26S+15、加串联滞后校正时GCs=GCs=83.33S+110S+10.63S+1
bTS+1TS+1
,b<1。
给定a=0.12,T=83.33,则
四、实验设备
1.HHMN-1电子模拟机一台。
2.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 北航自控实验报告word版本 15页 北航 自控 实验 报告 word 版本 15
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)