1、分組:成績：北京航空航天大學自動控制原理實驗報告實驗一、二階系統(tǒng)的電子模擬及時域響應的動態(tài)測試學院專業(yè)方向班級:生姓名號 二指導教師2014年11月目錄 TOC o 1-5 h z 一、實驗目的1二、實驗內(nèi)容1三、實驗原理1四、實驗設(shè)備2五、實驗步驟2六、實驗數(shù)據(jù)3一階系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)及圖形 3二階系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)及圖形 4七、結(jié)論和誤差分析7結(jié)論:7誤差分析:7八、收獲與體會7附錄8實驗時間2014.11.1同組同學無實驗目的了解一、二階系統(tǒng)階躍響應及其性能指標與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系學習在電子模擬機上建立典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模型的方法。學習階躍響應的測試方法。實驗內(nèi)容建立一階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同時

2、間常數(shù)T時的階躍響應曲線，并測定 其過渡過程時間Ts。建立二階系統(tǒng)的電子模型，觀測并記錄在不同阻尼比Z時的階躍響應曲線，并測定其超 調(diào)量。及過渡過程時間Ts。三、實驗原理一階系統(tǒng)實驗原理 TOC o 1-5 h z C(S)K(s)一二-R(S)TS1系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：模擬運算電路如圖1所示：圖1R ,2Uo(s) R=k=1Ui(s) CSR+1 Ts+12在實驗中始終取R2=R1，則K=1，T=R2*C取不同的時間常數(shù)T，T=0.25s，T=0.5s，T=1s1/10記錄不同的時間常數(shù)下階躍響應曲線，測量并記錄其過渡時間Ts (Ts=3T)二階系統(tǒng)實驗原理 其傳遞函數(shù)為：二 C(S)- 二(

3、S)2 nS2 nSn2)co =令n1弧度/秒，二階系統(tǒng)模擬線路下圖2所示:R取 R2*C1=1,R3*C2=1,則 R4/R3二R4*C2=1/(2*理論值:R取 R2*C1=1,R3*C2=1,則 R4/R3二R4*C2=1/(2*理論值:ft二f 3(0.05)%e1，及.J2 :()=1/ 2*R4*C2100%四、實驗設(shè)備HHMN-1型電子模擬機一臺PC機一臺數(shù)字式萬用表一塊。五、實驗步驟熟悉XMN-2型電子模擬機的使用方法。將各運算放大器接成比例器，通電調(diào)零。斷開電源，按照實驗說明書上的條件和要求，計算電阻和電容的取值，按照模擬 線路圖搭接線路，不用的運算放大器接成比例器。10將

4、信號源1(D/A)與系統(tǒng)輸入端Ui連接，將采集輸入1(A/D)與系統(tǒng)輸出端UO連接(此 處連接必須謹慎，不可接錯)。線路接好后，經(jīng)教師檢查后再通電。在Windows98桌面用鼠標雙擊AUTOLAB”圖標后進入本實驗軟件系 統(tǒng)。在系統(tǒng)菜單中打開“實驗項目”項，選擇“典型環(huán)節(jié)實驗”。然后填寫注冊信息，即參加實驗者姓名及學號，填好后點擊“下一步”進入“典型環(huán) 節(jié)實驗參數(shù)對話框”。在“典型環(huán)節(jié)實驗參數(shù)對話框”內(nèi)，選擇“實驗環(huán)節(jié)種類”，階躍信號幅值建議選IV。在“高級參數(shù)設(shè)置”對話框內(nèi)設(shè)置D/A及A/D 口，及采樣步長h1,h2,建議為0.1秒。 輸入，輸出時間t1,t2建議為15秒。數(shù)據(jù)存盤，及圖形打

5、印。六、實驗數(shù)據(jù)一階系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)及圖形通過實驗記錄不同時間常數(shù)下階躍響應曲線，測量并記錄過渡時間。記錄數(shù)據(jù)如下表1.(均取2%誤差帶)表1. 一階系統(tǒng)參數(shù)指標T0.24s0.47s1sC0.47uF0.47uF1.0uFR2510KQ1MQ1MQTs實測0.95s1.62s3.59sTs理論0.96s1.88s4.00s階躍響應曲線見圖見圖見圖T=0.24時，實際階躍響應曲線與理論曲線:3/ 10T=1s 時，實際階躍響應曲線與理論曲線:二階系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)及圖形,取不同的值一 二0.25， 一 二0.5,=0.707,二1,觀察并記錄階躍響應曲線，T=1s 時，實際階躍響應曲線與理論曲線:二階系

6、統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)及圖形,取不同的值一 二0.25， 一 二0.5,=0.707,二1,觀察并記錄階躍響應曲線，測量超調(diào)量 ，測量并記錄過渡時間（均取2%誤差帶）T=0.5s時，實際階躍響應曲線與理論曲線: 八=3(0.05,12 1)1n其中理論值：-一 一二一項ik。= v f X% e i 2100%C0.250.50.7071.0R42.0M1.0M0.707M0.5MC21uF1uF1uF1uF七實測38.65%27.55%4.85%0.70%七理論44.43%16.32%4.32%1.00%Ts實測16.99s8.29s6.76s5.59sTs理論18.00s9.00s6.36s4.50s

7、：=0.25時，階躍響應曲線:七、結(jié)論和誤差分析結(jié)論：一階系統(tǒng)的單位階躍響應為:c(t) -1 etT(t0)，T為閉環(huán)系統(tǒng)時間常數(shù)。從實驗截圖可以看出：隨著T增大時，ts增大。實驗結(jié)果與理論預期相符。二階系統(tǒng)由上圖可見，當：易一定時，隨著的增大，系統(tǒng)由欠阻尼過渡到t 1ln 1 s臨界阻尼，減小。理論上：n_:以當=0.707時，tS最小實驗中 =0.5比=1的ts大。實驗結(jié)果與理論相符。可以看到所測超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間與理論值相比均存在誤差。具體而言，一階系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時 間誤差小，二階系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間誤差大。這是由于二階系統(tǒng)的理論值計算公式只是近似公式的 原因。二階系統(tǒng)的超調(diào)量誤差較小，在誤差允許

8、范圍之內(nèi)。誤差分析：誤差主要來源初步分析如下：電阻、電容實際值與標稱值之間存在偏差；如二階系統(tǒng)實驗中，找不到阻 值2M歐姆的電阻，用2.2M歐姆電位器替代，得到的實際電阻最大僅為1.69M歐姆。實驗條件，如溫濕度等的變化會對結(jié)果產(chǎn)生影響；萬用表和實驗箱的誤差引入系統(tǒng)中。八、收獲與體會通過本次試驗，我了解了一、二階系統(tǒng)階躍響應及其性能指標與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，學習在電子模擬機上建立典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)模型的方法，還學習了階躍響應的測試方法。并初步學會了利用MATLAB相關(guān)工具與模擬實驗電腦箱相結(jié)合，進行半實物仿真實驗的基本原理與基礎(chǔ)實驗方法。“穩(wěn)準快”對于一個系統(tǒng)自身特性是非常重要的；同樣，學習自動控制系統(tǒng)也告訴了我做事情也應該追求又穩(wěn)又準又快的境界。對于自動控制原理這門課程，我還是興趣非常足的，愿意通過動手實踐，總結(jié)分析去學好它，運用在工作學習中去。7/10附錄實驗界面操作環(huán)境截屏:!