自动控制原理A实验指导书：.doc

《自动控制理论A》 实验指导书 王 昱 编写 沈阳航空学院 自动化学院 20.9 目 录实验一 典型系统瞬态响应和稳定性 1 实验二 系统校正 5 实验三 控制系统的频率特性 8 实验四 非线性系统 11 实验一 典型系统瞬态响应和稳定性 一、实验目的 1、观察并体会典型二阶系统的单位阶跃响应 2、掌握欠阻尼二阶系统的各项时域指标 3、观察并体会典型三阶系统的阶跃响应 二、基本知识 1、典型二阶系统 图1-1是典型二阶系统原理方框图，其中，。 图1-1 开环传函：，其中开环增益；闭环传函：。 表1-1 表1-1列出有关二阶系统在三种情况（欠阻尼、临界阻尼、过阻尼）下具体参数表达式，以便计算理论值。 模拟电路图见图1-2。 图1-2 ， 2、典型三阶系统 典型三阶系统得方框图如图1-3所示。 图1-3 开环传递函数为：，其中，（开环增益）。 模拟电路图见图1-4。 图1-4 开环传函为 （其中） 系统的特征方程为 由劳斯判据得 三、实验内容及步骤 准备：将“信号源单元”（ ）的插针和+5V插针用“短路块”短接，使运算放大器反馈网络上的场效应管3DJ6夹断。 典型二阶系统瞬态性能指标测试 按图1-2接线，。 用示波器观察系统阶跃响应，测量并记录超调量，峰值时间和调节时间，记录在表1-2中。 分别按改变系统开环增益，观察相应的阶跃响应，测量并记录性能指标、和及系统的稳定性。并将测量值和计算值（实验前按公式算出）进行比较。 表1-2 (2) 典型三阶系统性能 ① 按图1-4接线，。 ② 观察系统的阶跃响应，并记录波形。 ③ 减小开环增益（），观察系统的阶跃响应，填入表1-3中。 表1-3 四、实验报告要求 绘制响应曲线； 对典型二阶系统的单位阶跃响应的各项时域指标，记录实验结果与计算结果并进行比较和分析。 实验二 系统校正 一、实验目的 1、研究串连校正环节对系统各项性能指标的影响 2、熟悉和掌握各性能指标的测量方法 二、基本知识 1、系统原理方框图 未校正系统方框图见图2-1所示。 图 2-1 由闭环传函： 要求设计串联校正装置，使系统满足下述性能指标： 由理论推导得，校正网络的传递函数为： 所以校正后的方框图如图2-2所示： 图 2-2 2、系统模拟电路图 未校正系统和校正后系统的模拟电路分别见图2-3和图2-4。 图 2-3 图 2-4 三、实验内容及步骤 1、测量未校正系统的性能指标。 准备：将“信号源单元”( ）的ST插针和+5V插针用“短路块”短接。 实验步骤： 按图2-3接线； 加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量和调节时间，将曲线及参数记录下来。 2、测量校正系统的性能指标。 ① 按图2-4接线； 加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量和调节时间，看是否达到期望值，若未达到，请检查接线（包括阻容值）。 3、将实验结果填入表2-1。 表 2-1 四、实验报告要求 1、观察、绘制校正前后系统的阶跃响应曲线； 2、比较校正前后系统阶跃响应的超调量和调节时间。 实验三 控制系统的频率特性 一、实验目的 熟悉并掌握控制系统的频域分析方法 掌握由系统幅频和相频曲线求系统传递函数的方法 二、被测系统和频率特性基本知识介绍 1．被测系统的方块图及原理：见图3-1 图3-1 被测系统方框图 系统（或环节）的频率特性是一个复变量，可以表示成以角频率为参数的幅值和相角： （3-1） 本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特性。 图-1所示系统的开环频率特性为： （3-2） 采用对数幅频特性和相频特性表示，则式（5-2）表示为： （3-3） （3-4） 将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化，并施加于被测系统的输入端[r(t)]，然后分别测量相应的反馈信号[b(t)]和误差信号[e(t)]的对数幅值和相位。频率特性测试仪测试数据相关器运算后在显示器中显示。 根据式（3-3）和式（3-4）分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数座标纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。 根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性（或传递函数）。所确定的频率特性（或传递函数）的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特性（或传递函数）所画出的理论相频曲线在一定程度上相符。如果测量所得的相位在高频（相对于转角频率）时不等于-900（q-p）[式中p