四川大学自动控制原理实验报告完整版带数据

四川大学电气信息学院自控实验报告目录一．实验目的......................................................................................1二．实验设备及仪器........................................................................1三．实验内容1.惯性环节（1）实验原理.....................................................1（2）实验内容.....................................................1（3）实验数据.....................................................2（4）误差分析.....................................................52.震荡环节（1）实验原理.......................................................6（2）实验内容.......................................................6（3）实验数据.......................................................6（4）误差分析.......................................................83.二阶系统（1）实验原理.......................................................9（2）实验内容.......................................................9（3）实验数据.......................................................9（4）误差分析......................................................114.三阶系统（1）实验原理......................................................12（2）实验内容......................................................12（3）实验数据......................................................12（4）误差分析......................................................14四．思考题...................................................................................15五．心得体会...............................................................................15附：实验原始数据记录单......................................................................................16四川大学电气信息学院自控实验报告1实验一.典型环节的电模拟及阶跃响应分析实验二.二、三阶系统动态分析一、实验目的：1、学习典型环节、二阶三阶系统的电模拟方法及参数测试方法；2、观察典型环节、二阶三阶系统的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响；3、学习示波器的使用方法；4、学习使用MATLAB中SIMULINK的使用，进行时域法分析。二、实验设备及仪器：1、模拟实验箱；2、示波器；3、计算机；4、MATLAB仿真软件。三、实验内容：1、惯性环节（一阶系统）（1）实验原理1sTKsG，12RRK，CRT21234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:25-Aug-2004SheetofFile:E:\DosP\Pro33\ZK03.DDBDrawnBy:A1R1R0R2Cr(t)c(t)R=100k(R2除外)。R2、C1需要计算确定。（2）实验内容在输入端加入阶跃信号。a.保持T=1秒不变，分别观察K=1、2时的输出波形，并做记录；b.保持T=2秒不变，分别观察K=1、2时的输出波形，并做记录。（3）实验数据四川大学电气信息学院自控实验报告2T=1sT=2sKR2/kΩC/μFTr/sK实测KR2/kΩC/μFTr/sK实测1100105.1611100208.081.04220055.68222001010.71.96K=1，T=1s时实验仿真图及波形如下：K=2，T=1s时实验仿真图及波形如下：仿真波形实验波形四川大学电气信息学院自控实验报告3仿真波形实验波形K=1，T=2s时实验仿真图及波形如下：四川大学电气信息学院自控实验报告4仿真波形实验波形④K=2，T=2s时实验仿真图及波形如下：仿真波形实验波形四川大学电气信息学院自控实验报告5我们还在MATLAB中做了仿真，得到了如下曲线方便比较：T=1s时的波形图T=2s时的波形图（4）误差分析由理论公式，(1)10.020.051tTKe，可将数据整理如下表所示：KT/sts(实际值)/（s）ts(理论值)/(s)ts(模拟值)/(s)KT/sts(实际值)/（s）ts(理论值)/(s)ts(模拟值)/(s)115.162.996~3.9122.9473128.085.992~7.8245.8946215.683.219~3.6892．94732210.76.438~7.3785.8946四川大学电气信息学院自控实验报告6总结：惯性环节中显示的波形是呈现指数型规律变化的。我们可以由传递函数的拉式反变换来得到传递函数随指数型的变化规律函数。因此从输入端输入一个单位阶跃函数，并添加反相器时，其输出的波形是缓慢上升到某一稳定值，缓慢上升的过程即为指数过程。2、震荡环节（1）实验原理12122sTsTsGss，212RR1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:25-Aug-2004SheetofFile:E:\DosP\Pro33\ZK04.DDBDrawnBy:C1R2R1A1A2R3C2A3R4R5R6r(t)c(t)R=100K(R2除外),C=1μ（2）实验过程在输入端加入阶跃信号，分别观察记录T=0.1s、ξ=0.1、0.5、1时的输出波形，并作记录。（3）实验数据ξR2/kΩσ%K实测Ts/sN0.15000.9790.9364.1460.51000.1700.9360.72115000.9790.80T=0.1s、ξ=0.1时仿真波形实验波形四川大学电气信息学院自控实验报告7T=0.1s、ξ=0.5时仿真波形实验波形T=0.1s、ξ=1时仿真波形实验波形四川大学电气信息学院自控实验报告8我们还在MATLAB中做了仿真，得到了如下曲线方便比较：（4）误差分析T=0.1s时，对应不同的ξ，实测数据、模拟数据分别如下：ξ取值σ%实测值σ%模拟值Ts/s（实测值）Ts/s（模拟值）Tp/s（模拟值）0.10.9790.7216254.142.85880.31420.50.1700.1583240.720.51580.35921000.80.4600-我们的实验数据与通过程序模拟出来的结果有一定的差别，出现这种差别的可能原因有以下几点：（1）实测值是通过示波器读出来的数据，因此存在一定的人为误差；（2）仪器本身的误差，即仪器误差；（3）ξ是通过电阻、电容等元件算得的，实际中选取的电阻和理论电阻有一定的差别（比如500Ω的电阻，我们用的是510Ω的电阻）。四川大学电气信息学院自控实验报告93、二阶系统（1）实验原理112121sTsTKKsG1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:28-Aug-2004SheetofFile:E:\DosP\Pro33\ZK04.DDBDrawnBy:C1R2R1A1A2R3C2A3R5R6R7r(t)c(t)R4其中：⑴．K1分别为1、5、7、10；K2=1；T1=T2=0.1s；⑵．K1=K2=1；T1分别为0.01s、0.1s、1s。(3).R=100K(R2除外)，C2=1μ。R2、C1需计算确定。（2）实验过程改变K值而保持参数T值不变。（3）实验数据T1=T2=0.1sKR2/KΩC/μFσ%KTs/sN110010.1060.4890.8155000.20.2130.8510.40821010000.10.3400.9360.2282K=1时仿真波形实验波形四川大学电气信息学院自控实验报告10K=5时仿真波形实验波形K=10时仿真波形实验波形四川大学电气信息学院自控实验报告11我们还在MATLAB中做了仿真，得到了如下曲线方便比较：（4）误差分析根据实测数据、模拟数据可以对比如下：Kσ%实测值σ%模拟值Ts/s（实测值）Ts/s（模拟值）Tp/s（模拟值）10.1060.0451520.80.20260.313250.2130.2491370.4080.29930.1428100.3400.3632690.2280.23950.1013我们的实验数据与通过程序模拟出来的结果有一定的差别，出现这种差别的可能原因有以下几点：（1）实测值是通过示波器读出来的数据，因此存在一定的人为误差；（2）仪器本身的误差，即仪器误差；（3）实验中所用的电阻、电容等元件是通过给定的K值计算得到的，四川大学电气信息学院自控实验报告12实际中选取的电阻和理论电阻有一定的差别（比如500Ω的电阻，我们用的是510Ω的电阻），所以实际的K值并不是给定的1、5、10。总结：（1）当ξ=0时，输出响应为等幅振荡。（2）当0ξ1时，输出响应为衰减振荡曲线，且y（∞）=1，ξ的变化影响动态性能指标。随着ξ增大，上升时间增大，超调量变大，调节时间变短，峰值时间变大。4、三阶系统（1）实验原理111.0sssKsG1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:25-Aug-2004SheetofFile:E:\DosP\Pro33\ZK05.DDBDrawnBy:R6R5R4A3C2R3A2A1R1R2C1C3A4R7R8R9A5R10c(t)r(t)其中：K分别为1、5、7、10。（2）实验过程测量在k=1、5、7、10，且2k=1，1T=2T=0.1s，1R=3R=5R=7R=100k，3C=10µ，情况下的反馈信号的暂态波形。（3）实验数据KR5/KΩC2/μFσ%K实测Ts/sN110010.255110.2155000.20.66011551010000.10.809149.814K=1时四川大学电气信息学院自控实验报告13仿真波形实验波形K=5时仿真波形实验波形K=10时仿真波形实验波形四川大学电气信息学院自控实验报告14我们还在MATLAB中做了仿真，得到了如下曲线方便比较：（4）误差分析Kσ%实测值σ%模拟值Ts/s（实测值）Ts/s（模拟值）Tp/s（模拟值）10.2550.19950010.25.26963.616450.6600.6745421511.80581.5837100.8090.91960049.876.93651.1421这里实验波形和仿真波形有一定差距，比如过调峰值，可能是由于