《自动控制理论》实验报告..doc

西华大学实验报告（理工类） 开课学院及实验室： 实验时间 ： 年 月 日 学 生 姓 名 学 号 成 绩 学生所在学院 年级/专业/班 课 程 名 称 课 程 代 码 实验项目名称 典型系统的瞬态响应（和稳定性） 项 目 代 码 指 导 教 师 项 目 学 分 一、实验目的 通过模拟实验，定性和定量地分析二阶系统的两个参数T和ζ对二阶系统动态性能的影响。 通过模拟实验，定性和定量地分析系统开环增益K对系统稳定性的影响。 观测系统处于稳定、临界稳定和不稳定情况下的输出响应的差别。 二、实验原理 1．典型的二阶系统稳定性分析 结构框图如下图所示。 系统开环传递函数为： 先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图1-2)， 系统闭环传递函数为： 其中自然振荡角频率： 阻尼比： 2．典型的三阶系统稳定性分析（选做） 结构框图如下图所示 系统的开环传函为: 由Routh判断得：系统稳定性和K的关系为： 三、实验设备、仪器及材料 TDN-AC/ACS教学实验系统、导线 四、实验步骤（按照实际操作过程） 1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试 (1) 按模拟电路图1-2接线，将阶跃信号接至输入端，取R = 10K。 (2) 用示波器观察系统响应曲线C(t)，测量并记录超调MP、峰值时间tp和调节时间tS。 (3) 分别按R = 50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线C(t)，测量并记录性能指标MP、tp和tS，及系统的稳定性。并将测量值和计算值(实验前必须按公式计算出)进行比较。将实验结果填入表1-1中。 2．典型三阶系统的性能 （选做） (1) 按图1-4接线，将1中的方波信号接至输入端，取R = 30K。 (2) 观察系统的响应曲线，并记录波形。 (3) 减小开环增益，观察响应曲线，并将实验结果填入表1-2中。 五、实验过程记录(数据、图表、计算等) 参数 项目 R KΩ K l/s ωn l/s C(tp) C(∞) tp ts 阶跃响应曲线 计算值 测量值 计算值 测量值 计算值 测量值 0ζ1 欠阻尼 10 50 ζ=1 临界 阻尼 160 ζ1 过阻尼 200 表1-1 R(KΩ) K 输出波形 稳定性 20 （临界稳定时的R值） R 100 表1-2（选做） 六、实验结果分析及问题讨论 实验线路中如何确保系统实现负反馈？如果反馈回路中有偶数个运算放大器，则构成什么反馈？ 有那些措施能增加系统的稳定度？它们对系统的性能有什么影响？ 西华大学实验报告（理工类） 开课学院及实验室： 实验时间 ： 年 月 日 学 生 姓 名 学 号 成 绩 学生所在学院 年级/专业/班 课 程 名 称 线性系统的频率响应分析 课 程 代 码 实验项目名称 项 目 代 码 指 导 教 师 项 目 学 分 一、实验目的 掌握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函。 掌握实验方法测量系统的波特图。 二、实验原理 1．频率特性 当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率 ( ω由0变至 ∞ ) 而变化的特性。频率响应法的基本思想是：尽管控制系统的输入信号不是正弦函数，而是其它形式的周期函数或非周期函数，但是，实际上的周期信号，都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数展开为各种谐波分量；而非周期信号也可以使用富氏积分表示为连续的频谱函数。因此，根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。 2．线性系统的频率特性 系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比）（ωjΦ和相位差）（ωjΦ∠随角频率 (ω由0变到∞) 变化的特性。而幅值比）（ωjΦ和相位差）（ωjΦ∠恰好是函数）（ωjΦ的模和幅角。所以只要把系统的传递函数）（sΦ，令ωjs=，即可得到）（ωjΦ。我们把）（ωjΦ称为系统的频率特性或频率传递函数。当ω由0到∞变化时， ）（ωjΦ随频率ω的变化特性成为幅频特性，）（ωjΦ∠随频率ω的变化特性称为相频特性。