自控原理第2次实验.docxVIP

自控原理实验报告 实验一．典型环节模拟研究 1.实验目的 1.了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法，传递函数表达式及输出时域函数表达式； 2.观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。 2.实验内容 1.典型比例环节模拟电路及阶跃曲线。 传递函数 2,典型惯性环节阶跃响应曲线 传递函数 3,积分环节阶跃响应曲线 传递函数 4,典型比例积分环节阶跃响应曲线 传递函数 5、比例微分响应曲线 传递函数 6,PID(比例积分微分)环节阶跃响应曲线 传递函数 实验二．二阶系统瞬态响应和稳定性 1.实验目的 1.了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型二阶闭环系统的传递函数标准式。 2.研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn、阻尼比ξ对过渡过程的影响。 3.掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts的计算。 观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp值，并与理论计算值作比对。 2、实验内容 1）Ⅰ型二阶闭环系统模拟电路见图，观察阻尼比ξ对该系统的过渡过程的影响。改变输入电阻R来调整系统的开环增益K，从而改变系统的结构参数。 2）改变被测系统的各项电路参数，计算和测量被测对象的临界阻尼的增益K，填入实验报告。 3）改变被测系统的各项电路参数，计算和测量被测对象的超调量Mp，峰值时间tp，填入实验报告，並画出阶跃响应曲线。 3、实验原理和说明 模拟电路 对应框图 开环传递函数 闭环传递函数 固定积分时间常数Ti=R1*C1=1秒，惯性时间常数 T=R2*C2=0.1秒，K为变量，则： 电路的闭环传递函数为： 阻尼比和开环增益K的关系式为： 选择临界阻尼、欠阻尼和过阻尼情况，即： 1)临界阻尼响应：ξ=1，K=2.5，R=40kΩ 2)欠阻尼响应：0ξ1 ，设R=4kΩ， K=25 ξ=0.316 3)过阻尼响应：ξ1，设R=70kΩ，K=1.43ξ=1.321 计算欠阻尼二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态指标Mp、tp、ts。 再选择ξ=1.7 和ξ=0.7时观测动态指标Mp、tp、ts 欠阻尼情况阶跃响应曲线 临界阻尼和过阻尼情况阶跃响应曲线 表3-2.不同参数系统所对应的临界阻尼增益K 积分常数Ti 惯性常数T 增益K计算值 1 0.1 2.5 0.2 1.25 0.3 0.83 0.5 0.1 1.25 0.2 0.5 表3-3 不同参数系统的超调量Mp和峰值时间tp 增益K 惯性常数T 积分常数Ti 自然频率 wn 计算值 阻尼比 E 计算值 25 0.1 1 15.81 0.316 0.2 11.18 0.224 0.3 9.13 0.183 20 0.1 0.5 20 0.25 40 0.2 44.72 0.112 思考题： 改变比例系数，微分时间常数，积分时间常数，运行，观察，记录响应曲线，分析比例，积分，微分环节的作用。 2．构建比例积分和比例微分环节电路，分析其作用。 3． 改变被测系统的各项电路参数，观察和分析I型二阶闭环系统阻尼比小于零，与阻尼比等于零的瞬态响应曲线，从而完善它对系统过渡响应的认识。 4. 在二阶系统中，临界阻尼和过阻尼阶跃响应曲线的区别是什么？ 答： 1.比例环节的作用：可以使得输入信号放大；积分环节的作用：可以使非周期信号转换成为周期信号；微分环节的作用：检验微增量对系统的影响； 2.构建的电路见上图，比例积分电路的作用是将无规律信号适当得放大以便于观察波形； 比例微分电路的作用是可以研究很微小的增量作用时的影响； 3.阻尼比的增大会使得系统达到阶跃曲线峰值的时间逐渐增大； 4.曲线见上截图，主要区别：临界阻尼到达顶峰的时间小于过阻尼的情况 实验的心得体会： 自动控制原理虽然是一门理论课程，但是对于解决我们专业课中的很多实际问题却有着很强的理论指导意义，实验课锻炼了我们的动手能力，巩固了我们在课堂上所学习的理论知识，对于今后的学习也非常有帮助。