自动控制原理实验指导书能源与交通工程学院
自动控制原理实验指导书 能源与交通工程学院
实验一、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时的跃响应曲线并测定其超调量α%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：Φ(s)=C(s)/R(s)=K /(Ts+1)模拟运算电路如图1-1所示：RRi U。Ui图1-1由图 1-1 得 U(s)/U,(s)=(R, / R)/(R,Cs+1)=K /(Ts+1)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：0.25s、0.5s、1s，记录阶跃响应曲线，测量过度过程时间ts。将参数及指标填在表1-1内
实验一、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： (s) C(s)/ R(s) K /(Ts 1) 模拟运算电路如图 1- 1 所示： 图 1- 1 由图 1-1 得 ( )/ ( ) ( / )/( 1) /( 1) Uo s Ui s R2 R1 R2Cs K Ts 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： 0.25s、 0.5s、1s，记录阶跃响应曲线，测量过 度过程时间 ts。 将参数及指标填在表 1-1 内
表1-1一阶系统阶跃响应T0.250.51R2ct,理论1实测误差阶跃响应曲线2.二阶系统：其传递函数为：o,C(s)Φ(s) =R(s)$+250,S+0m令w,=1rad/s，则系统结构如图1-2所示：立+ C(s)R(s)-@(S+1)图 1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：R4R.7C2R3R1RUi-UoR图1-3取R,C,=1 ，R,C,=1，则R / R, = R,C2 =1/25及=1/2R,C2取不同的值5=0.25，5=0.707，=1，观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量α%，计算过渡过程时间ts。将参数及各项指标填入表1-2内
表 1-1 一阶系统阶跃响应 T 0.25 0.5 1 R2 C ts理论 ts实测 误差 阶跃响应曲线 2．二阶系统: 其传递函数为： 2 2 ( ) 2 ( ) ( ) n n n R s s s C s s 令ωn=1 rad/s，则系统结构如图 1-2 所示： 图 1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图 1-3 所示： 图 1-3 取 R2C1=1 ，R3C2 =1，则 R4 / R3 R4C2 1/ 2 及 4 2 1/ 2R C 取不同的值 =0.25 , =0.707 , =1，观察并记录阶跃响应曲线，测量超 调量σ%，计算过渡过程时间 ts。 将参数及各项指标填入表 1-2 内
表1-2二阶系统阶跃响应50.250.7071.0R4C26%实测G%理论ts实测t理论阶跃响应曲线四、实验步骤1．熟悉电子模拟机的使用，接好设备电源线。2.将各运算放大器接成比例器，通电调零。3．断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。4.将信号源1(D/A)与系统输入端U连接，将采集输入1(A/D)与系统输出端Uo连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。5.线路接好后，经教师检查后再通电。6.在Windows95桌面用鼠标双击"AUTOLAB"图标后进入本实验软件系统。7.在系统菜单中打开“实验项目"项，选择“典型环节实验”。8，然后填写注册信息，即参加实验者姓名及学号，填好后点击下一步”进入“典型环节实验参数对话框”。9．在典型环节实验参数对话框”内，选择“实验环节种类”，阶跃信号幅值建议选IV。10．在“高级参数设置"对话框内设置D/A及A/D口，及采样步长hi,h2，建议为0.1s。输入、输出时间tl、t2建议为15s。11．数据存盘，及图形打印。五、实验报告1、画出模拟运算电路图。2、以表格形式列出实验数据及波形曲线。3、分析实验结果并与理论计算值比较。六、实验设备1.XM-1型电子模拟机一台2.PC机一台3.数字式万用表一块
表 1-2 二阶系统阶跃响应 0.25 0.707 1.0 R4 C2 %实测 %理论 ts 实测 ts 理论 阶跃响应曲线 四、实验步骤 1． 熟悉电子模拟机的使用，接好设备电源线。 2． 将各运算放大器接成比例器，通电调零。 3． 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值， 按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。 4． 将信号源 1(D/A)与系统输入端 Ui连接，将采集输入 1(A/D)与系统输出 端 UO连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。 5． 线路接好后，经教师检查后再通电。 6． 在 Windows95 桌面用鼠标双击“AUTOLAB”图标后进入本实验软件系 统。 7． 在系统菜单中打开“实验项目”项，选择“典型环节实验”。 8． 然后填写注册信息，即参加实验者姓名及学号，填好后点击“下一步” 进入“典型环节实验参数对话框”。 9． 在“典型环节实验参数对话框”内，选择“实验环节种类”，阶跃信号幅值 建议选 1V。 10． 在“高级参数设置”对话框内设置 D/A 及 A/D 口，及采样步长 h1,h2，建 议为 0.1s。输入、输出时间 t1、t2 建议为 15s。 11． 数据存盘，及图形打印。 五、实验报告 1、画出模拟运算电路图。 2、以表格形式列出实验数据及波形曲线。 3、分析实验结果并与理论计算值比较。 六、实验设备 1. XM-1 型电子模拟机一台 2. PC 机一台 3. 数字式万用表一块
实验二频率响应测试一、实验目的1、掌握频率特性的测试原理及方法2、学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法二、实验内容测定给定环节的频率特性。系统模拟运算电路图及系统结构图如下：R7R2U图2-1系统模拟电路图101R(s)KC(s)0.15+15图2-2系统模拟电路图系统传递函数为：200取R=200K2，K=2，则G(s)=$?+10s+200500取 R=500K 2, K=5, 则 G(s)= +10s+500若正弦输入信号为U(t)=A,Sin(のt),则当输出达到稳态时，其输出信号为U。(t)=AzSin(のt+)。改变输入信号频率f=值，便可测得二组A1/Az和随f(或の)变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。三、实验原理1、幅频特性即测量输入与输出信号幅值A1及A2，然后计算其比值A2/A1。2、实验采用李沙育图形”法进行相频特性的测试。以下简单介绍一下这种测试方法的原理。设有两个正弦信号：X(ot)=XmSin(ot)Y(ot)=YmSin(ot+w）若以
实验二 频率响应测试 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 测定给定环节的频率特性。 系统模拟运算电路图及系统结构图如下： 系统传递函数为： 取 R=200KΩ，K=2，则 G(s)= 200 s2+10s+200 取 R=500KΩ，K=5，则 G(s)= 500 s2+10s+500 若正弦输入信号为 Ui(t)=A1Sin(ωt),则当输出达到稳态时，其输出信号为 Uo(t)=A2Sin(ωt+ψ)。改变输入信号频率 f= ω 2π值，便可测得二组 A1/A2 和ψ随 f(或 ω)变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。 三、实验原理 1、幅频特性即测量输入与输出信号幅值 A1 及 A2，然后计算其比值 A2/A1。 2、实验采用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。以下简单介绍一下这种 测试方法的原理。设有两个正弦信号: X(ωt)=XmSin(ωt) Y(ωt)=YmSin(ωt+ψ) 若以