自控实验报.doc

电气学科大类 电气学科大类 2010 级 《信号与控制综合实验》课程 实 验 报 告 (基本实验二: 自动控制理论基本实验) 姓 名专业班号 同组者 专业班号 指导教师 日 期 2013年1月 实验成绩 评 阅 人 实验评分表 基本实验 实验编号名称/内容 实验分值 评分 11、二阶系统的模拟与动态性能研究 10 12、二阶系统的稳态性能研究 10 设计性实验 实验名称/内容 实验分值 评分 14、线性控制系统的设计与校正 20 16、控制系统极点的任意配置 20 创新性实验 实验名称/内容 实验分值 评分 教师评价意见 总分 目 录 实验十一：二阶系统的模拟与动态性能研究……………………………………….4 实验综述 实验设计 实验设备 实验步骤 实验图象及分析 实验思考题及总结 实验十二：二阶系统的稳态性能研究……………………………………………………10 实验综述 实验设计 实验内容 实验设备 实验步骤 实验图象及分析 实验思考题及总结 实验十四：线性控制系统的设计与校正………………………………………………………28 实验分析 实验设计 实验设备 实验步骤 实验图象与分析 实验思考题及总结 实验十六：控制系统状态反馈控制器设计…………………………………………….35 实验分析 实验设计 实验设备 实验步骤 实验数据及图像 实验思考题及总结 实验心得体会…………………………………………………………………………………………….42 实验申明……………………………………………………………………………………………………43 参考文献…………………………………………………………………………………………………….43 实验十一：二阶系统的模拟与动态性能研究 实验综述 可通过包含输出变量的二阶导数的微分方程来描述的一类系统称为二阶系统。二阶系统会出现振荡响应或超调量等特征，另外，我们还知道，对于高阶系统，可以通过辨别主导极点将其降为二阶系统（在进行降价之前必须将传递函数表示为伯德形式，再删去非主导项来获得正确的降价系统）。所以模拟二阶系统并研究其动态性能有重要的意义。 典型的二阶系统通用表示法的闭环传递函数为： （式中：） 阻尼比取不同的值时的阶跃响应不同。调节系统的开环增益K，或者时间常数T可使系统的阻尼比分别为：和三种。设计实验中观测对应于这三种情况的系统阶跃响应曲线。 因此本实验的任务和目的有： (1)熟悉搭建二阶系统的模拟电路，选择器件参数。 (2)练习掌握典型二阶系统动态性能指标的测试方法。 (3)探究二阶性能参数对阻尼比和动态性能的影响，并与理论分析计算做对比。 实验设计 在实验电子模拟装置上搭建二阶系统模拟电路如下： 10K 10K 图11-1 二阶系统模拟电路图 1、分别设置ξ=0；0ξ1；ξ1，观察并记录r(t)为正负方波信号时的输出波形C(t)；分析此时相对应的各σp、ts，加以定性的讨论。 2、 改变运放A1的电容C，再重复以上实验内容。 3、设计一个一阶线性常闭环系统，并根据系统的阶跃输入响应确定该系统的时间常数。 实验设备 1、电子模拟装置一台。 2、数字示波器或模拟示波器一台。 实验步骤 1、按电路图连好电路。 2、检查各个仪器的工作状态是否正常。 3、改变二阶系统模拟电路的开环增益K或时间常数T，观测当阻尼比和无阻尼自然频率为不同值时系统的动态性能。 如图11-1所示的电路图的传递函数为： 改变运放A1的电容C为C1，则传递函数为： 设计一个一阶线性常闭环系统，根据系统的阶跃输入响应确定该系统的时间常数。 C(S)R(S) C(S) R(S) 图11-2 一阶线性常闭环系统 ; , T=10C 五、实验图象及分析 观察并记录r(t)为正负方波信号时的输出波形C(t)；分析此时相对应的各σp、ts，加以定性的讨论。 （1） 无阻尼 欠阻尼 临近阻尼 过阻尼 （2） 无阻尼