自动控制原理实验：典型环节及其阶跃响应,二阶系统阶跃响应,统频率特性测量.doc

文档介绍：自动控制原理实验:典型环节及其阶跃响应,二阶系统阶跃响应,统频率特性测量实验一、典型环节及其阶跃响应实验目的1、学习构成典型环节的模拟电路,了解电路参数对环节特性的影响。2、学习典型环节阶跃响应的测量方法,并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。实验内容构成下述典型环节的模拟电路,并测量其阶跃响应。比例环节的模拟电路及其传递函数示图2-1。G(S)=-R2/R1惯性环节的模拟电路及其传递函数示图2-2。G(S)=-K/TS+1K=R2/R1,T=R2*C积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-3。G(S)=1/TST=RC微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-4。G(S)=-RCS比例加微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-5。G(S)=-K(TS+1)K=R2/R1T=R2C比例加积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-6。G(S)=K(1+1/TS)K=R2/R1,T=R2C软件使用1、打开实验课题菜单,选中实验课题。2、在课题参数窗口中,填写相应AD,DA或其它参数。3、选确认键执行实验操作,选取消键重新设置参数。实验步骤1、连接被测量典型环节的模拟电路及D/A、A/D连接,检查无误后接通电源。2、启动应用程序,设置T和N。参考值,T=,N=200。3、观测计算机屏幕示出的响应曲线及数据记录波形及数据(由实验报告确定)。实验报告1、画出惯性环节、积分环节、比例加微分环节的模拟电路图,用坐标纸画出所有记录的惯性环节、积分环节、比例加微分环节的响应曲线。2、由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数,并与由电路计算的结果相比较。实验二二阶系统阶跃响应一、实验目的1、研究二阶系统的特征参数,阻尼比ζ和无阻尼自然频ωn对系统动态性能的影响,定量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调节时间ts之间的关系。2、进一步学习实验仪器的使用方法。3、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实验原理及电路典型二阶系统的闭环传递函数为其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的影响。二阶系统模拟电路如图示,经计算得电路的结构图为系统闭环传递函数为式中T=RC,K=R2/R1比较(1),(2)二式,可得ζ=1/T=1/RCωn=K/2=R2/R1(3)由(3)式可知,改变比值R2/R1,可以改变二阶系统的阻尼比。改变RC值可以改变无阻尼自然频率。今取R1=200k,R2=0--500KΩ,(R2由电位器调节),可得实验所需的阻尼比,电阻R取100KΩ三、实验步骤1、了解实验仪器,熟悉实验仪器的使用方法。2、取ωn=10rad/s,即令R=100KΩ,C=1uf;分别取ζ=0,,,,1,2,即取R1=100KΩR2(R2由电位器调节)分别等于0,50KΩ,100KΩ,140KΩ,200KΩ,400KΩ。输入阶跃信号,测量系统阶跃响应,并记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应的动态曲线,并于理论值比较。3、取ζ=,即取R1=R2=100KΩ;ωn=100rad/s,即取R=100KΩ,C=,二个电容值同时改变,测量系统阶跃响应,并记录最大超调量σp和调节时间tn。4、取R=100KΩ;C=1uf,R1=100KΩ,R2=50KΩ,测量系统阶跃响应,记录响应曲线,特别要记录tp和σp的数值。四、软件使用1、打开实验课题菜单,选中实验课题。2、在课题参数窗口中,填写相应AD,DA或其它参数。3、选确认键执行实验操作,选取消键重新设置参数。五、实验预习要求1、通过理论分析分别求出实验步骤中对应的ζ和ωn值下,阶跃响应的最大超调量Mp和调节时间ts以备与实验时比较。2、通过实验指导书,了解实验目的,要求,实验步骤和实验设备。六、实验报告1、画出二阶系统的模拟电路图,并求参数ζ和ωn的表达式。2、把不同ζ和ωn条件下测量的Mp和ts值列表,根据测量结果得出相应结论。3、根据步骤3画出系统响应曲线,再由ts和Mp计算出传递函数,并与由模拟电路计算的传递函数相比较。实验四系统频率特性测量一、实验目的1、加深了解系统及元件频率特性的物理概念。2、掌握系统及元件频率特性的测量方法。二、实验内容1、模拟电路图及系统结构图分别于图5和图6。2、系统传递函数取R3=500KΩ,则系统传递函数为若输入信号U,1,=U1sinωt,则在稳态时,其输出信号为u2(t)=u2sin(ωt+Ψ)。改变输入信号角频率ω值,使可测得二组u2/u1和Ψ随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、软件使用1、打开实验课题菜单,选中实验课题。2、在课题参数窗口中,填写相应AD,DA或其它参数。3、选确认键执行实验操作,选取消键重新设置参数。四、实验报告1、画出被测系统的模拟电路图,计算其传递函数,根据传递函数绘制Bode图。