自动控制原理实验一.docx
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自动控制原理实验一.docx
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自动控制原理实验一
自动控制理论实验报告
姓名学号班级
同组人
实验一典型系统的阶跃响应分析
一、实验目的
1.熟悉一阶系统、二阶系统的阶跃响应特性及模拟电路;
2.测量一阶系统、二阶系统的阶跃响应曲线,并了解参数变化对其动态特性的影响;
3.掌握系统动态性能的测试方法。
二、实验内容
1.设计并搭建一阶系统、二阶系统的模拟电路;
2.观测一阶系统的阶跃响应,并研究参数变化对其输出响应的影响;
3.观测二阶系统的阻尼比0<
<1时的单位阶跃响应曲线;并求取系统的超调量
、调节时间ts(Δ=±0.05);并研究参数变化对其输出响应的影响。
三、实验结果
(一)一阶系统阶跃响应研究
1.一阶系统模拟电路如图1-1所示,推导其传递函数G(s)=K/(Ts+1),其中R0=200K。
图1-1一阶系统模拟电路
2.将阶跃信号发生器的输出端接至系统的输入端。
3.若K=1、T=1s时,取:
R1=100K,R2=100K,C=10uF
(K=R2/R1=1,T=R2C=100K×10uF=1)。
当T=1,光标为起点和终值:
光标为起点和0.95的终值:
传递函数为:
(R2/R1)/(R2CS+1)
4若K=1、T=0.1s时,重复上述步骤
(R1=100K,R2=100K,C=1uF(K=R2/R1=1,T=R2C=100K×1uF=0.1))。
当T=0.1时,光标为起点和终值;
光标为起点和0.95终值:
6.保存实验过程中的波形,记录相关的实验数据.,参数变化对系统动态特性的影响分析。
传递函数为:
(R2/R1)/(R2CS+1),t=3T,
当T减小需要达到稳定的时间也会减少,
(二)二阶系统阶跃响应研究
二阶系统模拟电路如图1-2所示,Rx阻值可调范围为0~470K。
图1-2二阶系统模拟电路
传递函数为
1.
值一定(取
)时:
1.1当
=0.2时,各元件取值:
C=1uF,R=100K,RX=250K(实际操作时可用200k+51k=251k代替),理论计算系统的
,ts(Δ=±0.05),记录此时系统的阶跃响应曲线(阶跃信号的幅值自定),在曲线上求取系统的
,ts(Δ=±0.05),并与理论值进行比较。
光标为起点和终值:
光标为峰值和终值:
光标为终值上下%5:
光标为起点和达到稳定:
光标为相邻波峰:
由公式可得超调量为%52.74,调节时间为1.5,振荡周期为0.65
1.2当
=0.707时,各元件取值:
C=1uF,R=100K,RX=70.7K(实际操作时可用20k+51k=71k代替),理论计算系统的
,ts(Δ=±0.05),记录此时系统的阶跃响应曲线(阶跃信号的幅值自定),在曲线上求取系统的
,ts(Δ=±0.05),并与理论值进行比较。
光标为起点和终值:
光标为峰值到终值:
光标为终值上下%5:
光标为起点和到达稳定:
由公式可得超调量%4.2,调节时间为0.4243
1.3研究当
值一定时,系统参数
对系统性能的影响。
2.
值一定(
=0.2)时:
2.1当
时,各元件取值:
R=100K,RX=250K,C=10uF,记录此时系统的阶跃响应曲线(阶跃信号的幅值自定),在曲线上求取系统的
,ts(Δ=±0.05),和振荡周期。
光标为起点和终值:
光标为终值和峰值:
光标为终值上下%5:
光标为起点和达到稳定:
震荡周期,光标为相邻波峰:
由公式可得超调量为%52.69,调节时间为15,震荡周期为6.4
2.2当
时,各元件取值:
C=1uF,R=100K,RX=250K,记录此时系统的阶跃响应曲线(阶跃信号的幅值自定),在曲线上求取系统的
,ts(Δ=±0.05),和振荡周期。
光标为起点和终值:
光标为峰值和终值:
光标为终值上下%5:
光标为起点和达到稳定:
光标为相邻波峰:
由公式可得超调量为%52.69,上升时间为1.5,振荡周期为0.65
2.3研究当
值一定时,系统参数
对系统性能的影响。
四、实验思考题
1.为什么实验中实际曲线与理论曲线有一定误差?
答:
选择的电子元器件,输入输出曲线,不可能像理论那样的线性,再加上元器件都有温度特性曲线.器件参数都有误差.综合起来,电路模拟实验中实际曲线和理论曲线有一定的误差是正常的。
2.如果阶跃输入信号的幅值过大,在实验中会产生什么后果?
答:
系统的响应特性不会改变,将会使系统的稳态值过大,峰值可能会很大,可能因幅值过大而发生失真。
3.在电路模拟系统中,如何实现负反馈和单位负反馈?
答:
将输出信号用导线经过反馈环节返回到输入端可以实现负反馈,如果无反馈环节,直接用导线,则是单位反馈。
结论:
在自然角频率一定时随着阻尼比的增大,系统变得越来越稳定,当阻尼比为0.707时系统达到临界稳定,当越过0.707后开始系统变得不稳定;当阻尼比一定时,超调量与调节时间随之确定,不会随着自然角频率的改变而改变,当自然角频率变大时,系统的震动频率随之变小。
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- 关 键 词:
- 自动控制 原理 实验