自控原理实验报告二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试.docxVIP

实验一 二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、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时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间Ts。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,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： 系统传递函数为： 模拟运算电路如图3- 1所示：图 3- 1由图 1-1得 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1 2．二阶系统: 其传递函数为： 令=1弧度/秒，则系统结构如图3-2所示： 图3-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图3-3所示： 图3-3取R2C1=1 ，R3C2 =1，则 及 ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1四、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块五、实验步骤1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路； 2. 将系统输入端 与D/A1相连，将系统输出端 与A/D1相连；3. 检查线路正确后，模拟机可通电； 4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。 6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。六、实验结果1.一阶系统T0.250.51R2510K500K1MC0.47uF1uF1uFTs实测0.727s1.548s2.951sTs理论0.750s1.500s3.000s相对误差3.72%3.66%1.87%实验结果图：图6-1 一阶系统阶跃响应——T=0.25图6-2 一阶系统阶跃响应——T=0.5图6-3 一阶系统阶跃响应——T=12.二阶系统ζ0.250.7071.0R42M710K500KC21uF1uF1uFσ%实测44.79%6.80%0.769%σ%理论44.43%4.32%0Ts实测11.411s5.088s4.647sTs理论14.000s4.950s4.750s相对误差18.49%2.79%2.17%实验结果图：图6-4 二阶系统阶跃响应——T=0.25图6-5 二阶系统阶跃响应——T=0.707图6-6 二阶系统阶跃响应——T=1七、结果分析1.误差分析从得到的数据可以看出，不论是一阶还是二阶系统，实测值均与理论值有着或多或少的偏差。从实验的过程、原理分析可能的原因有以下几条：（1）电容电阻的标称值和实际值一般都有误差，所以依次搭接的电路的传递函数和理论不完全一致。（2）运放带来的误差：一方面，实验中的运放的正极没有接补偿电阻，这有可能造成零点漂移以致结果不准确。另一方面，理想运放的放大倍数是无穷大的，而理论运放不一定是无穷大，这也会对传递函数的参数造成一定影响。（3）实验箱A/D转换时有误差。（4）理论公式计算的Ts和超调量也是经验估计公式，并不完全准确，所以实测值与理论值出现误差也是情理之中的。2.实验结论（1）一阶系统单位阶跃响应是单调上升曲线，特性由T唯一决定，T越小，过渡过程进行的越快，系统的快速性越好。但应当注意到，在实验中T太小的时候对外界条件更加敏感，将导致外界的扰动对系统的输出特性有较大干扰，会使其输出特性曲线发生波动。一阶系统的单位阶跃响应是没有稳态误差的，这是因为:这一点从实验结果的曲线图中也可以反映出来。（2）二阶系统①平稳性：由曲线可以看出，阻尼比越大，超调量越小，响应的振荡倾向越弱，平稳性越好。反之阻尼比越小，振荡越强，平稳性越差。②快速性：由曲线的对比可以看出，过大，例如1，系统响应迟钝，调节时间长，快速性差；过小，虽然响应的起始速度较快，但因为振荡强烈，衰减缓慢，所以调节时间也长，快速性差。从实验中可以看到时，最短，即快速性最好，此时的平稳性也让人满意。③：可以看出，稳态分量随着t的增长衰减到0，而稳态分量等于1，因此从实验结果中我们可以看到对于欠阻尼和临界阻尼的情况下，单位阶跃响应是不存在稳态误差的。八、收获，体会及建议这是本学期的第一次自控原理实验，实验内容与课程紧密相连，由于平时自控原理课学得较认真，因此做起实验来觉得比较轻松。在本次实验中，在看到老师讲解matlab使用之后，感觉到这个软件的功能确实很强大。而且正好我最近在做的项目中也要用到matlab做图像处理，这几天就学了一下，收获良多。除了基本图像图形的