130231班13021122第一次自控实验报告

自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院电子信息工程学院专业方向空中交通管理班级130231班学号13091019学生姓名郝杰指导教师自动控制与测试教学实验中心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4月13日实验编号同组同学无一、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.精通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时的阶跃响应曲线，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时的阶跃响应曲线，并测定其超调量σ％及过渡过程时间Ts。三、实验原理1.一阶系统实验原理系统传递函数为：()()()1CSKsRSTSf==+模拟运算电路如图a所示：图a由图a得：212RRUo(s)K==Ui(s)CSR+1Ts+1在实验中始终取R2=R1,则K=1，T=R2*C。取C=1uF,R1,R2分别取不同的值就可以得到不同的时间常数T。取不同的时间常数T，T=0.25s，T=0.5s,T=1s。记录不同的时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录其过渡时间（输出上升到稳定值的95%所需要的时间）。理论上Ts=3T。自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心22.二阶系统实验原理其传递函数为：222()()()(2)nnnCSSRSSSwzwwF==++令1nw=弧度/秒，二阶系统模拟线路如图b所示：图b取R2*C1=1,R3*C2=1,则R4/R3=R4*C2=1/(2*)及=1/（2*R4*C2）理论值：3(0.05)sntzw籇=，%21100%ezpz--=?四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。2.PC机一台。3.数字式万用表一块。4.测试导线若干。五、实验步骤1．熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器连成比例器，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(这里连接必须谨慎，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”，其它步骤参考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。7.研究性实验方法。实验者可自行确定典型环节传递函数，并建立系统的SIMULINK模型，验证自动控制理论相关的理论知识。实现步骤可参考3.3节的相关内容。自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心3六、实验数据1、一阶系统实验数据及图形通过实验记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录过渡时间。记录所得的实验数据记录如下表：T0.25s0.5s1.0sC1uF1uF1uFR2250kΩ500kΩ1MΩTs实测0.82s1.59s3.14sTs理论0.75s1.5s3s其中，T=R2*C，错误!未找到引用源。=3TT=0.25时，阶跃响应曲线：T=0.5时，阶跃响应曲线：自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心4T=1时，阶跃响应曲线：2、二阶系统实验数据及图形ξ取不同的值ξ=0.25，ξ=0.5，ξ=0.707,ξ=1，观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量%，测量并记录过渡时间sT。理论值的计算：超调量21xpsx´-％＝exp[-]100%，过渡过程时间3snTxw»(Δ=0.05%)。实验所得的数据记录如下表：ξ0.250.50.71.04/RKW20001000700500自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心52/CFm1111错误!未找到引用源。％实测45.07%17.54%5.42%0.14%错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。％理论44.43%16.30%4.60%0错误!未找到引用源。实测值/s11.055.324.162.84sT理论值/s12.006.004.293.00=0.25时，测得的阶跃响应曲线如下：=0.5时，测得的阶跃响应曲线如下：自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心6=0.7时，测得的阶跃响应曲线如下：=1时，测得的阶跃响应曲线如下：自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心7七、结果分析1、一阶系统结果分析该一阶系统的阶跃响应为：/()2(1)tTcte-=?，T=RC为闭环系统时间常数。从实验截图可以看出：随着T增大时，Ts增大（Δ=0.05)。实验结果与理论预期基本相符。2、二阶系统结果分析01x时，该二阶系统的阶跃响应为：2()21sin()1nwtdectwxbx-轾犏=?+犏-臌（21dnwwx=-，cos()arcbx＝，1nw=），1x=时，该二阶系统的阶跃响应为：()21(1)ntnctetxww-轾=?+臌。由理论分析与实验结果均可看出，当n一定时，随着的增大，系统由欠阻尼过渡到临界阻尼，%减小。理论上：21xpsx´-％＝exp[-]100%，实验中随ξ的增大，Ts逐渐减小，结果与理论相符。八、收获与体会这次自动控制实验是本学期的第一次自动控制实验，虽然之前做过电气实验，对malab也接触过一些，但是由于以前没接触过半实物仿真系统，所以一开始还是不太熟练。实验中出现的问题及原因主要有：1.第一次小实验的结果和预期不符，响应曲线一直是高电平5V，后来经过仔细检查才发现是因为没接反馈电阻，连成了积分电路。2.二阶电路ξ=0.25时响应曲线的起点不是零，而是高电平5V，以后逐渐逼近输入的阶跃曲线，后经分析应该是电容放点的时间不对，应该在与目标建立连接之后、系统编译运行之前对电容放点，电容放电可能不彻底，可以多放几次电，直到符合预期结果。3.保存为.fig格式以后打开方式不正确，双击打开，导致电脑卡机差点重启，后经老师提示直接将.fig文件拖动到malab命令窗口就可以打开了。虽然问题解决了，但还是浪费了不少时间。自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心84.二阶系统元件取值的选择上，一开始毫无头绪。后来经过与同学的交流，前面几个电容电阻都取为固定值，2C也取为固定的1uF,只改变R4的值就可以改变阻尼ξ。总而言之，第一次自控实验受益匪浅，既让我对自动控制课程的理论理解更加深刻，也让我在实践中锻炼了发现问题，解决问题的能力。感谢老师的辛勤指导！