自动控制原理实验报告最新模板

指导老师：第页实验一自动控制实验仪的使用一、实验目的1．了解和掌握自动控制实验仪的硬件结构，面板布局和功能划分；2．掌握自动控制实验仪的软件安装与调测方法；3．掌握自动控制实验仪的硬件接线、软件操作使用方法。二、实验仪器、设备1．EL-AT-III型自动控制实验箱一套。2．PC计算机系统一套，打印机一台（可选）。三、实验内容与步骤1．了解实验箱的硬件资源EL-AT-III型实验系统主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱、打印机（可选）组成如图1-1，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要构造被控模拟对象。图1-1实验系统构成下面主要介绍实验箱的构成：（1）系统电源EL-AT-III系统采用本公司生产的高性能开关电源作为系统的工作电源，其主要技术性能指标为：（1）输入电压：AC220V（2）输出电压/电流：＋12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A（3）输出功率：22W（4）工作环境：－5℃～＋40℃。显示器计算机打印机实验箱电路AD/DA卡指导老师：第页（2）AD/DA采集卡AD/DA采集卡如图1-3采用EZUSB2131芯片做为主控芯片，负责数据采集和USB通信，用EPM7128作为SPI总线转换，AD为TL1570I其采样位数为10位，采样率为1KHz。DA为MAX5159转换位数为10位，转换速率为1K。AD/DA采集卡有两路输出（DA1、DA2）和两路输入（AD1、AD2），其输入和输出电压均为－5V～+5V。（3）实验箱面板实验箱面板布局如图1-2AD/DA卡输入输出模块实验模块1实验模块2电源模块模拟开关二极管区EL-CAT-II实验模块3电阻、电容、二极管区实验模块4变阻箱、变容箱模块实验模块5实验模块8实验模块6实验模块7图1-2实验箱面板布局2．掌握软件的安装（1）安装自动控制实验软件按照软件提示，一步一步完成安装，一直到完成安装。（2）USB驱动安装（WindowsXP操作系统下）通过USB或串口硬件接口，连接实验箱与计算机，按照操作提示到安装完毕。3．软件启动与操作（1）实验前计算机与实验箱的连接（2）软件启动在Windows桌面上或“开始－程序”中双击“快捷方式到Cybernation_A.exe”快捷指导老师：第页方式，便可启动软件。（3）软件的使用按自动控制软件说明和实验指导书的操作步骤使用4．硬件检查（1）检查实验箱所有运放器件的好坏；（2）用万用表检查其他器件的好坏；四．实验数据（1）运放检查结果这里贴图其中XX实验箱的第Y个运放不正常，其他运放正常。（注意依实际情况填写）实验二典型环节及其阶跃响应（4课时）一、实验目的指导老师：第页1．掌握比例、惯性环节、积分、微分、比例+积分（PI）、比例+微分（PD）的模拟方法，培养学生实验技能。2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性。3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验原理控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即合理的运用运算放大器本身所具有的基本特性（开环增益高、输入阻抗大、输出阻抗小等），运用放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。三、实验仪器及耗材1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2．PC电脑一台四、实验内容及步骤1．实验内容观察比例、惯性、积分、微分、比例+积分（PI）、比例+微分（PD）环节的阶跃响应，并测量相应的参数。（1）比例环节的模拟电路如下图所示。（2）惯性环节的模拟电路如下图所示,G（S）=R2/R1指导老师：第页（3）积分环节的模拟电路如下图所示。（4）微分环节的模拟电路如下图所示。,（5）比例+微分环节的模拟电路如下图所示。（未标明的C=0.01uf）（6）比例+积分环节的模拟电路如下图所示。2．实验步骤1）启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。G（S）=K/TS+1K=R2/R1，T=R2CG（S）=1/TST=RCG（S）=TST=RCG（S）=K（TS+1）K=R2/R1，T=R2CG（S）=K（1+1/TS）K=R2/R1，T=R2C指导老师：第页2）测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。3）分别连接被测量典型环节的模拟电路（图1-1、图1-2、图1-3、图1-4、图1-5、图1-6）。电路的输入Ui接AD1，电路的输出Uo接DA1。检查无误后接通电源。4）在实验项目的下拉列表中选择实验一[一、典型环节及其阶跃响应]。5）鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果6）观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。7）记录波形及数据。五、实验记录及数据处理（按顺序贴图，图的字迹要清楚，并在图的傍边或下面标注测量结果。）1．比例环节实验数据（其中R0=100K、R1=200K）此处贴图从阶跃响应波形可以看出输出幅度Uo=2020mV（此处是参考数据）2．惯性环节实验数据（其中R0=100K、R1=100K或200K也行、C=1uF）此处贴图从输出波形可以看出惯性环节的输出幅度为1030mV（此处是参考数据），惯性时间Ts=385ms（此处是参考数据）。3．积分环节实验数据（其中R0=100K、C=1uF）此处贴图从输出波形可以看出积分环节输出幅度Uo=5000mV（此处是参考数据），积分时间Ts=520ms（此处是参考数据）。4．微分环节实验数据（其中R0=100K、C=1uF）此处贴图指导老师：第页图的下面说明测量结果。参照前述实验的写法。5．比例-微分（PD）环节实验数据。此处贴图图的下面说明测量结果。参照前述实验的写法。6．比例-积分（PI）环节实验数据。此处贴图图的下面说明测量结果。参照前述实验的写法。六、误差分析及实验结论1．比例环节根据实验原理，比例环节的输出mVmVkkURRU200010001002001012根据实验记录，系统实际输出Uo=2020mV，相对误差为%1200020002020，误差在正常范围。（此处分析只供参考，请按实际情况填写）2．惯性环节根据实验原理，惯性环节的阶跃响应输出tttTteeeKKeRRU10010101211)1(100100)1(当t=Ts=4T=0.4s(400ms)时，系统幅度输出达最大值的98%。根据实验记录，当系统输出Uo=980mV时，Ts=380ms，相对误差为%5400380400，惯性时间误差较大，可能的原因是定时元件R1、C的误差较大造成的。（此处分析只供参考，请按实际情况填写）3．积分环节根据实验原理，积分环节的输出指导老师：第页)(10000)(1000101101006312mVtmVtUTtU当t=Ts=0.5s(500ms)时，系统幅度输出达最大值（饱和），Uo=5000mV。根据实验记录，系统实际幅度输出Uo=5000mV，与理论计算一致。达到最大值（饱和）和时间为Ts=520，相对误差为%4500500520，积分时间误差较大，可能的原因是定时元件R0、C的误差较大造成的。扣除误差，实验结果与理论计算基本一致，实验结果验证了比例环节、积分环节和惯性环节的理论分析是正确的。（此处分析只供参考，请按实际情况填写）4．微分环节参照积分环节的方法分析5．比例-微分（PD）环节参照积分环节的方法分析6．比例-积分（PI）环节参照积分环节的方法分析实验三二阶系统阶跃响应一、实验目的1．学习和掌握动态性能指标的测试技能。2．了解系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。二、实验原理二阶系统的结构图如下图4-1所示。指导老师：第页图4-1二阶系统的结构图其闭环传递函数为：22211T/s)T/K(sT/)s(R)s(C)s(其中：n=1/T；，=K/2（1）当10。即欠阻尼情况时，二阶系统的阶跃响应为衰减振荡，如图4-2中曲线①所示。输出响应为)0sin(11)(2tetCdtn)0(t式中：21nd，211tg峰值时间：21npt超调量：21%e调节时间st：当采用5％允许误差范围时nst3（2）当1，即临界阻尼情况时，系统的阶跃响应为单调的指数曲线，如图4-2中曲线②所示。输出响应为)1(1)(tetCntn(t≥0)调节时间st：当采用5％允许误差范围时nst75.4（3）当1，即过阻尼情况时，系统的阶跃响应为单调的指数曲线指导老师：第页)(121)(22112stsestsentC（t≥0）（4-8）式中：ns)1(21；ns)1(22调节时间st：当采用5％允许误差范围时nst7.145.6图4-2二阶系统阶跃输入下的动态响应三、实验设备及耗材1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2．PC电脑一台四、实验内容与步骤1、实验内容观测不同参数（见附表所列）下二阶系统的阶跃响应并测出性能指标：超调量Mp，峰值时间tp，调节时间ts。根据系统的结构图可以画出二阶系统的模拟电路如下图4-3所示。指导老师：第页图4-3二阶系统模拟电路其中，T=RC，K=R2/R1。由原理得：n=1/T=1/RC；=K/2=R2/2R1。改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。改变RC值可以改变无阻尼自然频率n。取R1=200K，R2=100K和200K，可得实验所需的阻尼比。电阻R取100K，电容C分别取1f和0.1f,可得两个无阻尼自然频率n。2、实验步骤1）连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将两个积分电容得两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。2）启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。3）测查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。4）在实验项目的下拉列表中选择实验二[二阶系统阶跃响应],鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相指导老师：第页应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果5）取n=10rad/s,即令R=100K，C=1f；分别取=0、0.25、0.707，1、1.5，即取R1=100K，R2分别等于0K、50K、141K、300K。输入阶跃信号，测量不同的时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量σ%和调节时间Ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。6）记录响应曲线，特别要记录Tp和Mp的数值。7）将测量值和计算值（实验前必须按公式计算出）进行比较。并将实验结果填入下表中。实验结果参数Mp%tp（ms）ts（ms）计算测量计算测量计算测量R=100KC=1μfωn=10R1=100K，R2=0K，ζ=0R1=100K，R2=50K，ζ=0.25453241200R1=100K，R2=141K，ζ=0.7074.3444444R1=100K，R2=200K，ζ=1475R1=100K，R2=300K，ζ=1.5800五、实验记录及数据处理（按顺序贴图，图的字迹要清楚，并在图的傍边或下面标注测量结果。）1．零阻尼实验数据（其中R0=R=100K、R2=0K、C=1uF）此处贴图图的下面记录测量结果。参照实验二的写