自動控制实验报告.docx

二、三阶系统动态分析实验报告书实验目的：学习二、三阶系统的电模拟方法及参数测试方法；观察二、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；学习模拟仪器（超低频示波器）的使用方法；使用MATLAB仿真软件进行时域法分析；了解虚拟实验的使用方法；实验设备及仪器模拟试验箱；低频信号发生器；虚拟仪器（低频示波器）；计算机；MATLAB仿真软件；实验原理1、二阶规范型系统开环传递函数GK(S)=系统的闭环传递函数是 Φ(s)=其中，为无阻尼自然振荡频率，为阻尼比二阶系统的暂态性能指标超调量P:系统在暂态过程中输出响应超出稳态值的最大偏移量与稳态值的比的百分数。 =*100%推导后的公式为=b、调节时间ts：系统响应达到稳态值的最短响应时间ts=c、振荡次数N：是指系统响应在调节时间ts范围内围绕其稳态值振荡的次数。四、实验内容: 二阶系统 G(s)=其中：（1）分别为1、5、10；=1；T1=T2=0.1s;（2）分别为0.01s、0.1s、1s；实验电路图:2．三阶系统G(s)=其中：K 分别为1、5、10.实验电路图：3．自行设计系统的模拟电路，并根据时间常数，放大倍数要求选择合适的电阻和电容；4.用模拟实验箱，虚拟仪器（低频示波器）组成测试系统；5.记录和观察每个频率对应的系统输入和输出信号的变化。五、实验步骤和方法实验步骤：根据自行传递函数自行设计模拟电路，参数变动可采用改变电阻和电容的方式实现；在模拟试验箱上按设计的模拟电路自行接线，并组成测试系统；输入信号采用阶跃信号，注意记录输出波形和有关数据（ ，k，ts，tp）；使用MATLAB仿真软件，重复上述过程并记录输出波形和有关数据；实验步骤：在实验之前，首先认真检查电线是否完好，然后检查实验箱上部分模块是否完好；检查无误后按照实验电路图接线，完成测试系统的连接；开始测量。实验数据：T1=T2=0.1s时二阶系统实验数据：R1R2R3R4C1C2tsNδ1%K1实测K1=1100k100k100k100k1μ1μ0.4817.7%0.5K1=5100k500k100k100k0.2μ1μ0.52228%0.85K1=10100k1000k100k100k0.1μ1μ0.46244%0.9记录波形：K1=1时记录示波器显示波形为：K1=5时记录示波器显示K1=10时记录示波器显示波形为：三阶系统实验数据：tsC2Nδ%K=1121μ220%K=5250.2μ780%K=100.1μK=1时记录示波器的波形为：K=5时记录示波器的波形为：K =10是记录示波器的波形为：用MATLAB软件进行时域法分析1、二阶系统在Simulink里边建立仿真模型，如下图根据不同的K值设置相应的Transfer Fcn参数，进行仿真实验数据：T1=T2=0.1s时二阶系统用MATLAB仿真得到的数据R1R2R3R4C1C2tsNδ2%K2实测K1=1100k100k100k100k1μ1μ0.4814.5%0.5K1=5100k500k100k100k0.2μ1μ0.52224.9%0.8K1=10100k1000k100k100k0.1μ1μ0.46336.7%0.86K1=1，T1=T2=0.1s用MATLAB进行仿真得到的波形为：K=5时用MATLAB 仿真的波形为：K=10时用MATLAB 仿真的波形为：三阶系统实验数据：三阶系统用MATLAB仿真得到的数据：R5tsNδ%C2K=1100k12219.55%1μK=5500k25767.4%0.2μK=101000k0.1μK=1时用MATLAB得到的波形：K=5时用MATLAB得到的波形：K=10时用MATLAB得到的波形：实验数据误差分析：实验结果与仿真获得的数据误差较大，分析可能的原因有：实验中用510kΩ的电阻代替500kΩ电阻；模拟程序中各元件的实际物理值与理论值之间存在差异；在实际电路工作中，各元件之间尊重相互之间的干扰，外界的干扰，储能元件放电不完全等，导致了最终模拟结果与实验结果之间有一定的差异。实验结论：在一阶系统中，调节时间与时间常数T有关，减小时间常数T减少调节时间，提高系统的快速性。在二三节系统中，调节时间有自然振荡频率和阻尼比有关，不变的情况下，增大阻尼比可以减小调节时间，提高系统的快速性；如果增大阻尼比就可以减小系统的超调量。实验心得：通过三次的自控原理实验，首先提高了自己的实际动手能力，也使我对这门课有了新的认识，提升了我对这门课的兴趣，虽然有时为得不出正确的数据很是恼火，不过进过反复的摸索，在最终得出正确结果后的那种喜悦和自豪是无可比拟的，在这里，我希望学校能够多安排一些实验，这样学生就可以将书本上的知识与实践能够相结合，使得同学们对所学的知识掌握的更加深刻。