北航自动控制实验报告.docx

成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院专业方向班级学号学生姓名指导教师自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心 1 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实验编号 25 同组同学无一、实验目的 、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 。 。二、实验内容 ,观测并记录不同时间常数 T时的跃响应曲线,测定其过渡过程时间。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,测定其超调量及过渡过程时间。三、实验原理 : 系统传递函数为: 模拟运算电路如图 1-1 所示: 图 1-1 由图得在实验当中始终取,则, 取不同的时间常数 T分别为: 、 、 、 1。记录不同时间常数下阶跃响应曲线,测量纪录其过渡过程时。(取± 5% 误差带) :其传递函数为: 令,则系统结构如图 1-2 所示: 自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心 2 图 1-2 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 取,, 则及ξ取不同的值,,, ,观察并记录阶跃响应曲线,测量超调量(取± 5% 误差带) , 计算过渡过程时间。四、实验设备 -1 型电子模拟机一台。 机一台。 。五、实验步骤 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。 ,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。 ,将与系统输出端连接。线路接好后,经教师检查后再通电。 ,分别获得理论和实际仿真的曲线。 5. 观察实验结果,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 : 模拟运算电路图如图 1-1 所示,电阻电容取值见下表 T 250 500 1000 自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心 3 111 实测值/s 理论值/s 阶跃响应曲线见下图: T= T= T=1 自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心 4 : 模拟运算电路图如 1-3 所示,电容电阻取值见下表= 100 ,= 1,= 1,= 2000 1000 707 500 1111 实测 % % %% 理论 % % % 0 实测值/ 理论值/ 阶跃响应曲线见下图: 自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心 5 自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心 6 七、结果分析 :一阶系统实验结果基本与理论值相符,公式得到验证。实验中存在误差,原因是实验中所接入的电阻或电容与理论值存在偏差,或者实验中接线等问题存在误差。 :二阶系统实验结果超调量实验值与理论值符合度很高,而调节时间实验值与理论值存在较大误差。原因是,用于计算超调时间的公式本身就是近似公式,理论计算时忽略了很多因子,会造成较大误差。同时,这个实验中也存在一些误差,据分析,误差来源为:电阻值误差,放电过程不充分。三极管虽容易产生误差,但是此实验中采用了深度负反馈的方式,误差被降低了很多。八、收获、体会及建议 1. 实验收获:这次实验用简单的电路验证了课本上所学习的相关知识,同时展示了系统响应时间与系统结构之间的关系,这为后续的学习提供了范本。启发了我们怎样搭建自己的系统, 并对原设计进行调整的思路。 : 一阶系统:搭接简单,参数设计相对简单。系统稳定,超调量为 0 ,调节时间与理论值符合度好。二阶系统:搭接较一阶系统复杂,但可实现功能更多。二阶系统存在超调量,当阻尼系数较小时,振荡幅度大,调节时间长,超调量也大,随着阻尼系数的增大,超调量减小。通过实验可以看出阻尼系数越大,超调量越小,当阻尼系数为 1时,系统超调量为 0, 但是反应速度较低, 相比之下, 阻尼系数为 的系统更具有优越性,当阻尼自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心 7 系数为 时,系统超调量较小,且调节时间短,反应迅速。故工程实践中经常会选用阻尼系数为 的系统。自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心 8 实验二