华中科技大学电气学院信号信号与控制综合实验.doc

2011 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 学 号 专业班号 同组者1 学 号 专业班号 指导教师 邓 春 花 日 期 2013 /01 /03 实验成绩 评 阅 人 实验评分表 基本实验 实验编号名称/内容（此列由学生自己填写） 实验分值 评分 实验十一 二阶系统的模拟与动态研究 实验十二 二阶系统稳态性能研究 设计性实验 实验名称/内容 实验分值 评分 实验十四 线性控制系统的设计与校正 实验十六 控制系统状态反馈控制器设计 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 一. 实验十一 二阶系统的模拟与动态研究·····································4 二．实验十二 二阶系统稳态性能研究·········································8 三．实验十四 线性控制系统的设计与校正····································17 四．实验十六 控制系统状态反馈控制器设计··································21 五．实验心得与自我评价····················································23 参考文献··································································24 实验十一 二阶系统的模拟与动态研究 一．实验任务与目的 1、掌握二阶系统动态性能指标的测试方法 2、通过实验和理论分析计算的比较研究二阶系统的参数对其动态性能的影响 二．实验总体方案设计 实验原理 二阶系统的模拟与动态性能研究的典型方框图如图1-1： 其闭环传递函数为： 式中: 分别为阻尼比与无阻尼自然频率。 实验电路 常见的二阶系统有各样物理调节的开环增益K，可 三．方案实现和具体设计 1．在实验装置上搭建二阶系统的电路（参考图-2）。 2．C(t)；分析此时相对应的各σp、ｔs，加以定性的讨论。 3．改变运放A1的电容C，再重复以上实验内容。 4．设计一个一阶线性定常闭环系统，并根据系统的阶跃输入响应确定该系统的时间常数。 四．实验设计与实验结果 分别设置ξ＝0、0＜ξ＜1、ξ＞ 1，观察并记录r(t)为正负方波信号时的输出波形C(t) 1. 电容C=0.47μF 零阻尼状态ξ＝0： 图1-3 零阻尼状态（C=0.47μF） 欠阻尼状态0＜ξ＜1： 如图1-4 欠阻尼状态（C= 0.47μF）所示。 图1-4 欠阻尼状态（C=0.47μF） 过阻尼状态ξ＞ 1： 图1-5 过阻尼状态（C=0.47μF） 2. 电容C= 0.68μF 改变电容C为0.68μF，重复第一组实验，获得结果如下。 零阻尼状态ξ＝0： 图1-6 零阻尼状态（C=0.68μF） 欠阻尼状态0＜ξ＜1： 图1-7 欠阻尼状态（C=0.68μF） 过阻尼状态ξ＞ 1： 图1-8 过阻尼状态（C=0.68μF） 五．结果分析与讨论 1. 阻尼比ζ与超调量和稳定性的关系明显，当ζ＝0时，系统等幅震荡， 当0＜ζ＜1时，系统为欠阻尼状态，存在超调量；当ζ＞1时，系统处于过阻尼过阻尼状态，无超调量。 2. 无阻尼自然震荡频率与响应速度关系明显，阻尼比相同的情况下，无阻尼自然震荡频率越大，系统响应越快。 实验十二 二阶系统的稳态性能研究 一．实验任务与目标 进一步通过实验了解稳态误差与系统结构、参数及输入信号的关系，稳态误差；研究系统开环增益k对稳态误差的影响。 了解干扰信号系统类型和稳态误差的影响。 研究减小直至消除稳态误差的措施。 二、实验总体方案设计 实验原理 系统的稳态误差系统的参数输入R） 系统的稳态误差E(S)的表达式为： ess = 实验电路 二阶系统的实验模拟电路图如图2-2所示 三．方案实现和具体设计 在实验装置上搭建模拟电路。 实验装置上只有周期性的方波信号作为阶跃信号输入。 观测0型和1型二阶系统的单位阶跃响应，并测出稳态误差。 观测干扰信号在不同作用点输入时系统的响应及稳态误差 四．实验设计与实验结果 当r(t)=1(t)、f(