北航自动控制原理实验报告

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1、北航自动控制原理实验报告成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院电子信息工程学院专业方向班级100227学号10021189学生姓名XXX指导教师自动控制与测试教学实验中心实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验时间实验编号3同组同学无一、实验目的1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。3.学习阶跃响应的测试方法。二、实验内容1.建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的阶跃响应曲线，并测定其过渡过程时间Ts。2.建立二阶系统的

2、电子模型，观测并记录在不同阻尼比ζ时的阶跃响应曲线，并测定其超调量σ％及过渡过程时间Ts。三、实验原理1.一阶系统实验原理CK?RTS?1??系统传递函数为：模拟运算电路如图所示：R2R1UoK==UiCSR2+1Ts+1在实验中始终取R2=R1，则K=1，T=R2*C取不同的时间常数T，T=，T=，T=1s记录不同的时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录其过渡时间Ts2.二阶系统实验原理其传递函数为：?n2C???R令?n?1弧度/秒，二阶系统模拟线路下图所示：取R2*C1=1,R3*C2=1,则R4/R3=R4*C2=1/及?

3、=1/ts?理论值：3??n，?%?e?100%四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台2.PC机一台3.数字式万用表一块。五、实验步骤1．熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。2．断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。3．将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接。线路接好后，经教师检查后再通电。4．在WindowsXP桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，在命令行处键入“autola

4、b”进入实验软件系统。5．在系统菜单中选择实验项目，选择“实验一”，在窗口左侧选择“实验模型”，其它步骤察看节内容。6．观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。7.研究性实验方法。实验者可自行确定典型环节传递函数，并建立系统的SIMULINK模型，验证自动控制理论相关的理论知识。实现步骤可察看节内容。六、实验数据1.一阶系统实验数据及图形通过实验记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录过渡时间。T=时，实际阶跃响应曲线与理论曲线：T=1s时，实际阶跃响应曲线与理论曲线：2.二阶系统实验数

5、据及图形?取不同的值?=，?=，?=，?=1,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量?%，测量并记录过渡时间。ts?其中理论值：1??n?3??n，?%?e?100%?=时，阶跃响应曲线：?=时，阶跃响应曲线：?=1时，阶跃响应曲线：七、结果分析?tc?1?e一阶系统的单位阶跃响应为：，T为闭环系统时间常数。从实验截图可以看出：随着T增大时，ts增大。实验结果与理论预期相符。二阶系统由上图可见，当?n一定时，随着?的增大，系统由欠阻尼过渡到临界阻尼，ts??%减小。理论上：1??n，所以当?=时，ts最小。实验中?=比?=1的ts

6、大。实验结果与理论相符。可以看到所测超调量和调节时间与理论值相比均存在误差。具体而言，一阶系统的调节时间误差小，二阶系统的调节时间误差大。这是由于二阶系统的理论值计算公式只是近似公式的原因。二阶系统的超调量误差较小，在误差允许范围之内。误差主要来源如下：电阻、电容实际值与标称值之间存在偏差；实验条件，如温度，适度等的变化会对结果产生影响；万用表的误差引入系统。八、收获与体会通过本次试验，我了解了一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法，还学习阶跃响应的测试方法。并学会了

7、利用MATLAB相关工具与模拟实验电脑箱相结合，进行半实物仿真实验的基本原理与基础实验方法。本次试验内容的以后所有实验的基础，也算是自动控制这门课的基础知识，我们需要仔细体会其中的规律，掌握其中的实验方法，这对于我们以后的实验与学习，都有着重大的帮助。实验二频率响应测试实验时间实验编号3同组同学无一、实验目的1.掌握频率特性的测试原理及方法；2.学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。二、实验内容1.测定给定环节的频率特性。2.系统模拟电路图及系统结构图如下图1系统模拟电路图图2系统结构图3.系统传递函数为2

8、取R=100k?，则G=100/,实际上是取k=1.2取R=200k?，则G=200/,实际上是取K=2.若正弦输入信号为Ui=A1sin,则当输出达到稳态时，输出信号为?A1A2?Uo=A2sin。改变输入信号频率f=2?的值，便可测得二组和随f变化的数值，这个变化规律就是