自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一

1、分組:成績(jī)：北京航空航天大學(xué)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一、二階系統(tǒng)的電子模擬及時(shí)域響應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)試學(xué)院專業(yè)方向班級(jí):生姓名號(hào) 二指導(dǎo)教師2014年11月目錄 TOC o 1-5 h z 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1三、實(shí)驗(yàn)原理1四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備2五、實(shí)驗(yàn)步驟2六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)3一階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖形 3二階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖形 4七、結(jié)論和誤差分析7結(jié)論:7誤差分析:7八、收獲與體會(huì)7附錄8實(shí)驗(yàn)時(shí)間2014.11.1同組同學(xué)無(wú)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庖?、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)及其性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系學(xué)習(xí)在電子模擬機(jī)上建立典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模型的方法。學(xué)習(xí)階躍響應(yīng)的測(cè)試方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容建立一階系統(tǒng)的電子模型，觀測(cè)并記錄在不同時(shí)

2、間常數(shù)T時(shí)的階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)定 其過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Ts。建立二階系統(tǒng)的電子模型，觀測(cè)并記錄在不同阻尼比Z時(shí)的階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)定其超 調(diào)量。及過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Ts。三、實(shí)驗(yàn)原理一階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理 TOC o 1-5 h z C(S)K(s)一二-R(S)TS1系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：模擬運(yùn)算電路如圖1所示：圖1R ,2Uo(s) R=k=1Ui(s) CSR+1 Ts+12在實(shí)驗(yàn)中始終取R2=R1，則K=1，T=R2*C取不同的時(shí)間常數(shù)T，T=0.25s，T=0.5s，T=1s1/10記錄不同的時(shí)間常數(shù)下階躍響應(yīng)曲線，測(cè)量并記錄其過(guò)渡時(shí)間Ts (Ts=3T)二階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理 其傳遞函數(shù)為：二 C(S)- 二(

3、S)2 nS2 nSn2)co =令n1弧度/秒，二階系統(tǒng)模擬線路下圖2所示:R取 R2*C1=1,R3*C2=1,則 R4/R3二R4*C2=1/(2*理論值:R取 R2*C1=1,R3*C2=1,則 R4/R3二R4*C2=1/(2*理論值:ft二f 3(0.05)%e1，及.J2 :()=1/ 2*R4*C2100%四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備HHMN-1型電子模擬機(jī)一臺(tái)PC機(jī)一臺(tái)數(shù)字式萬(wàn)用表一塊。五、實(shí)驗(yàn)步驟熟悉XMN-2型電子模擬機(jī)的使用方法。將各運(yùn)算放大器接成比例器，通電調(diào)零。斷開(kāi)電源，按照實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書上的條件和要求，計(jì)算電阻和電容的取值，按照模擬 線路圖搭接線路，不用的運(yùn)算放大器接成比例器。10將

4、信號(hào)源1(D/A)與系統(tǒng)輸入端Ui連接，將采集輸入1(A/D)與系統(tǒng)輸出端UO連接(此 處連接必須謹(jǐn)慎，不可接錯(cuò))。線路接好后，經(jīng)教師檢查后再通電。在Windows98桌面用鼠標(biāo)雙擊AUTOLAB”圖標(biāo)后進(jìn)入本實(shí)驗(yàn)軟件系 統(tǒng)。在系統(tǒng)菜單中打開(kāi)“實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”項(xiàng)，選擇“典型環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)”。然后填寫注冊(cè)信息，即參加實(shí)驗(yàn)者姓名及學(xué)號(hào)，填好后點(diǎn)擊“下一步”進(jìn)入“典型環(huán) 節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)話框”。在“典型環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)話框”內(nèi)，選擇“實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)種類”，階躍信號(hào)幅值建議選IV。在“高級(jí)參數(shù)設(shè)置”對(duì)話框內(nèi)設(shè)置D/A及A/D 口，及采樣步長(zhǎng)h1,h2,建議為0.1秒。 輸入，輸出時(shí)間t1,t2建議為15秒。數(shù)據(jù)存盤，及圖形打

5、印。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖形通過(guò)實(shí)驗(yàn)記錄不同時(shí)間常數(shù)下階躍響應(yīng)曲線，測(cè)量并記錄過(guò)渡時(shí)間。記錄數(shù)據(jù)如下表1.(均取2%誤差帶)表1. 一階系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)T0.24s0.47s1sC0.47uF0.47uF1.0uFR2510KQ1MQ1MQTs實(shí)測(cè)0.95s1.62s3.59sTs理論0.96s1.88s4.00s階躍響應(yīng)曲線見(jiàn)圖見(jiàn)圖見(jiàn)圖T=0.24時(shí)，實(shí)際階躍響應(yīng)曲線與理論曲線:3/ 10T=1s 時(shí)，實(shí)際階躍響應(yīng)曲線與理論曲線:二階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖形,取不同的值一 二0.25， 一 二0.5,=0.707,二1,觀察并記錄階躍響應(yīng)曲線，T=1s 時(shí)，實(shí)際階躍響應(yīng)曲線與理論曲線:二階系

6、統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖形,取不同的值一 二0.25， 一 二0.5,=0.707,二1,觀察并記錄階躍響應(yīng)曲線，測(cè)量超調(diào)量 ，測(cè)量并記錄過(guò)渡時(shí)間（均取2%誤差帶）T=0.5s時(shí)，實(shí)際階躍響應(yīng)曲線與理論曲線: 八=3(0.05,12 1)1n其中理論值：-一 一二一項(xiàng)ik。= v f X% e i 2100%C0.250.50.7071.0R42.0M1.0M0.707M0.5MC21uF1uF1uF1uF七實(shí)測(cè)38.65%27.55%4.85%0.70%七理論44.43%16.32%4.32%1.00%Ts實(shí)測(cè)16.99s8.29s6.76s5.59sTs理論18.00s9.00s6.36s4.50s

7、：=0.25時(shí)，階躍響應(yīng)曲線:七、結(jié)論和誤差分析結(jié)論：一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為:c(t) -1 etT(t0)，T為閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)。從實(shí)驗(yàn)截圖可以看出：隨著T增大時(shí)，ts增大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)期相符。二階系統(tǒng)由上圖可見(jiàn)，當(dāng)：易一定時(shí)，隨著的增大，系統(tǒng)由欠阻尼過(guò)渡到t 1ln 1 s臨界阻尼，減小。理論上：n_:以當(dāng)=0.707時(shí)，tS最小實(shí)驗(yàn)中 =0.5比=1的ts大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論相符?？梢钥吹剿鶞y(cè)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間與理論值相比均存在誤差。具體而言，一階系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí) 間誤差小，二階系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間誤差大。這是由于二階系統(tǒng)的理論值計(jì)算公式只是近似公式的 原因。二階系統(tǒng)的超調(diào)量誤差較小，在誤差允許

8、范圍之內(nèi)。誤差分析：誤差主要來(lái)源初步分析如下：電阻、電容實(shí)際值與標(biāo)稱值之間存在偏差；如二階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，找不到阻 值2M歐姆的電阻，用2.2M歐姆電位器替代，得到的實(shí)際電阻最大僅為1.69M歐姆。實(shí)驗(yàn)條件，如溫濕度等的變化會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響；萬(wàn)用表和實(shí)驗(yàn)箱的誤差引入系統(tǒng)中。八、收獲與體會(huì)通過(guò)本次試驗(yàn)，我了解了一、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)及其性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，學(xué)習(xí)在電子模擬機(jī)上建立典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模型的方法，還學(xué)習(xí)了階躍響應(yīng)的測(cè)試方法。并初步學(xué)會(huì)了利用MATLAB相關(guān)工具與模擬實(shí)驗(yàn)電腦箱相結(jié)合，進(jìn)行半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)的基本原理與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方法?！胺€(wěn)準(zhǔn)快”對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)自身特性是非常重要的；同樣，學(xué)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)也告訴了我做事情也應(yīng)該追求又穩(wěn)又準(zhǔn)又快的境界。對(duì)于自動(dòng)控制原理這門課程，我還是興趣非常足的，愿意通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，總結(jié)分析去學(xué)好它，運(yùn)用在工作學(xué)習(xí)中去。7/10附錄實(shí)驗(yàn)界面操作環(huán)境截屏:!