自动控制理论实验报告 北交大电气.docVIP

电气工程学院 《自动控制理论》 实验报告  1.2.1 典型线性环节的研究 一、实验目的 1、学习典型线性环节的模拟方法。 2、研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。 二、实验预习要点 1、自行设计典型环节电路。 2、选择好必要的参数值，计算出相应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。 三、实验设备 计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。 四、实验内容 1、熟悉自动控制原理辅助开发系统和实验箱。 2、研究六种典型环节的特性。 五、实验结果 注：所有图中 绿色为输入，红色为输出 1、比例环节 图1-1 比例环节阶跃响应 理论计算：Eo(t)= -Kp*Ei(t) （1）时，实验结果如下： 输入信号为3.2203V，输出信号约为-1.6610V，在误差允许范围内，结果是正确的。 （2）时，实验结果如下： 输入信号为3.2203V，输出信号约为-6.3390V左右，在误差允许范围内，结果是正确的。 （3）时，实验结果如下： 从图中可以看出，输入信号为3.2203V，输出信号约为-3.2203V左右，与理论计算结果一致，结果是正确的。 分析：比例环节中，输入阶跃信号后，输出信号立刻跳变并根据电路的比例达到最终的稳定输出。比例不同幅值变化不同。 2、积分环节 图1-2 积分环节阶跃响应 理论计算：Eo(t)= (-1/Ti)*t*Ei(t)，故所得图形应为 的类似图形。 （1） （2） （3） 分析：接入电容后,输出电压由零逐渐增大。由此可知经过积分环节的阶跃信号后是斜坡信号，Ti越大斜率越小，图形变化越缓慢。 3、比例积分环节 图3-20 比例积分环节阶跃响应 理论计算：，故所得图形应为 的类似图形。 （1） （2） （3） 分析：接入电阻和电容,电压先按比例输出,再逐渐增大。由此可知阶跃信号经过比例积分环节后变成带有初值的斜坡信号，是比例响应和阶跃响应的叠加。 4、比例微分环节 比例微分环节阶跃响应 理论计算：。 （3） 分析：不同的参数下，发生了不同的阶跃响应和微分响应，Td越大曲线变化的越缓慢。 5、比例微分积分环节 求取，，时的阶跃响应曲线。 分析：理论上应该有微分环节但在开始时和积分环节抵消掉了，输出电压开始不稳定,后逐渐达到比例值,最后由于积分作用逐渐变化。 6、一阶惯性环节 一阶惯性环节阶跃响应 图中，，，分别求取； ； ； 时的阶跃响应曲线 理论计算： 公式推导： 拉氏变换有： 整理得： 记 阶跃响应： （2） （3） 分析：输出电压逐渐增大,最后按比例输出。 六、思考题 1、设计一个能满足e1+e2+e3=e运算关系的实用加法器。 2、一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节？在什么条件下可视为比例环节？ 答：当T1时，一阶惯性环节可视为积分环节；当T1时，一阶惯性环节可视为比例环节。 3、如何设置必要的约束条件,使比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化? 答：电阻选兆欧级，电容选微法级。 结论、体会和建议 对各种类型的阶跃响应有了更深刻清晰的认识。学会运用CAE-PCI计算机辅助实验系统进行数据测量，熟悉和掌握了典型一阶线性环节的模拟方法。 实验二 二阶系统的阶跃响应和线性系统的稳定性研究 一、实验目的 1、学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法。 2、研究二阶系统的两个重要参数 ζ、对阶跃瞬态响应指标的影响。 3、研究线性系统的开环比例系数K对稳定性的影响。 4、研究线性系统的时间常数T对稳定性的影响。 二、实验设备 计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。 三、实验内容 典型二阶系统方块图和实现电路如下图： 闭环传递函数如下： （T是时间常数）。 可以得到： 调整，使，，取，，使T=0.47s，，加入单位阶跃扰动，记录响应曲线，记作[1]。 保持不变，单位阶跃扰动不变，取，，使T=1.47s，，记录响应曲线，记作[2]。 保持不变，单位阶跃扰动不变，取，,使T=1.0s，，记录响应曲线，记作[3]。 图中可以看出调整时间约为15S，超调量为61.02% 保持不变，单位阶跃扰动不变，取，使k=0.8，，记录响应曲线，记作[4]。 保持不变，单位阶跃扰动不变，取，使k=2.0，，记录响应曲线，记作[5]。 三阶系统稳定性分析 三阶系统的方框图和模拟电路如图1-25所示。 图1-25 三阶系统 图中，，，，，，，。 实验步骤 ① 求取系统的临界开环比例系数KC,其中：Cf1=Cf