北京交通大学自动控制原理实验报告.docx

1、北京交通大学自动控制原理实验报告电气工程学院自动控制原理实验报告一、典型线性环节的研究实验报告一、实验目的：学习典型线性环节的模拟方法；研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。二、实验预习：自行设计典型环节电路。选择好必要的参数值，计算出相应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。典型线性环节的电路图设计如下：A、比例环节：传递函数如下：C(s)R(s)B、积分环节：=-k，则：k=R2R1传递函数如下：C(s)X1(s)=-1Ts，其中，T=R1C1C、比例积分环节：传递函数如下：C(s)R(s)=-kTs+1Ts，其中k=R2R1,T=R1CD、比例微分环节：传递函数如下：=-

2、kdC(s)R(s)Ts+1Ts+1，其中k=R2+R3R1C,Td=(R3+R4),T=R1C,R2R3E、比例微分积分环节：kp=Rf+R1Ri+R1+R2RiCCf) )，Ti=(Rf+R1Cf+(R1+R2C，2Tf=R2C，Td=(R1R2+R1Rf+R2Rf)(Rf+R1Cf+(R1+R2CF、一阶惯性环节：1-15惯性环节传递函数如下：C(s)R(s)=-kTs+1，其中，T=R2C,k=R2R1三、实验仪器与设备：计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。四、实验内容：(1)比例环节图中，kp=RfRi，分别求取Ri=1M,Rf=510k(kp=0.

3、5)；Ri=1M,Rf=1M,(kp=1)；Ri=500k,Rf=1M(kp=2)时的阶跃响应。(2)积分环节3图中Ti=RiCf，分别求Ri=1M,Ci=1(Ti=1s)Ri=1M,Ci=4.7(Ti=4.7s)；Ri=1M,Ci=10(Ti=10.0s)时的阶跃响应曲线。(3)比例积分环节图中，RfRi，分别求取Ri=Rf=1M,Cf=4.7(kp=1,Ti=4.7s)；Ri=Rf=1M,Ci=10(kp=1,Ti=10s)；Ri=2M,Rf=1M,Ci=4.7(kp=0.5,Ti=4.7s)(4)比例微分环节时的阶跃响应曲线。，其中Td = 1 2图中，kp=Rf+R1RiRR+R1Rf

4、+R2RfR1+Rf,Tf=R2C。分别求取Ri=Rf=R1=R2=1M,C=0.01(kp=2,Td=0.015s)；Ri=2M,Rf=R1=R2=1M,C=0.01(kp=1,Td=0.015s)Ri=2M,Rf=R1=R2=1M,C=0.047(kp=1,Td=0.0705s)时的阶跃响应曲线。4 (5)比例微分积分环节图中，kp=Rf+R1Ri+R1+R2RiCCf，Ti=(Rf+R1Cf+(R1+R2C，Tf=R2C，Td=(R1R2+R1Rf+R2Rf)(Rf+R1Cf+(R1+R2C，求取Ri=4M，Rf=R1=R2=1M，C=Cf=0.047(kp=1)时的阶跃响应曲线。(6)

5、一阶惯性环节图中，k=RfRi，T=RfCf，分别求取Ri=Rf=1M,Cf=0.01(k=1,T=0.01s)，Ri=Rf=1M,Cf=0.047(k=1,T=0.047s)，Ri=510k,Rf=1M,Cf=0.047(k=2,T=0.047s)时的阶跃响应曲线。五、实验步骤:六、实验数据及分析:1、比例环节:kp=RfRi5（1）Ri=1M,Rf=510k(kp=0.5)时阶跃响应如下图：（2）Ri=1M,Rf=1M,(kp=1)时阶跃响应如下图：（3）Ri=500k,Rf=1M(kp=2)时阶跃响应如下图：62、积分环节：Ti=RiCf（1）Ri=1M,Ci=1(Ti=1s)时阶跃响应

6、如下图：（2）Ri=1M,Ci=4.7(Ti=4.7s)时阶跃响应如下图：7（3）Ri=1M,Ci=10(Ti=10.0s)时阶跃响应如下图：83、比例积分环节：Kp=RfRi,Ti=RfCf（1）Ri=Rf=1M,Cf=4.7(kp=1,Ti=4.7s)时：910（2）Ri=Rf=1M,Ci=10(kp=1,Ti=10s)时：（3）Ri=2M,Rf=1M,Ci=4.7(kp=0.5,Ti=4.7s)时：114、比例微分环节kp=Rf+R1Ri12，Td=R1R2+R1Rf+R2RfR1+Rf,Tf=R2C（1）Ri=Rf=R1=R2=1M,C=0.01,kp=2,Td=0.015s时：13（

7、2）Ri=2M,Rf=R1=R2=1M,C=0.01,kp=1,Td=0.015s时：（3）Ri=2M,Rf=R1=R2=1M,C=0.047,kp=1,Td=0.0705s14 (5) 比例微分积分环节：kp=Rf+R1Ri+R1+R2RiCCf15Ti=(Rf+R1Cf+(R1+R2C，Tf=R2C，Td=(R1R2+R1Rf+R2Rf)(Rf+R1Cf+(R1+R2CRi=4M，Rf=R1=R2=1M，C=Cf=0.047(kp=1)时的阶跃响应曲线如下：(6)一阶惯性环节：k=RfRi，T=RfCf（1）Ri=Rf=1M,Cf=0.01(k=1,T=0.01s)时：16（2）Ri=Rf

8、=1M,Cf=0.047(k=1,T=0.047s)时：17（3）Ri=510k,Rf=1M,Cf=0.047(k=2,T=0.047s)时：1819二、二阶系统阶跃响应和线性系统的稳定性一、实验目的：学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法；研究二阶系统两个重要参数,n对阶跃瞬态响应指标的影响；研究线性系统的开环比例系数K对稳定性的影响；研究线性系统的时间常数T对稳定性的影响。二、实验预习：自行设计二阶系统电路。选择好必要的参数值，计算出相应的阶跃响应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。二阶系统的电路图设计如下：闭环传递函数如下：C(s)R(s)2s+2ns+n2，n=1T（T是时

9、间常数）。三阶系统的电路图设计如下：20三、实验仪器与设备：计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。四、实验内容：1、二阶系统的电路图设计如下：闭环传递函数如下：C(s)R(s)2s+2ns+n2，n=1T（T是时间常数）。11Rf100103n=11RCk2=1Rf21001032、三阶系统的电路图设计如下：21五、实验步骤:1、二阶系统的稳定性分析：调整Rf=40103，使k=0.4，=0.2，取R=1.0106，C=0.47，使T=0.47s，n=10.47，加入单位阶跃扰动r(t)=1V(t)，记录响应曲线c(t)，记作1。 保持=0.2不变，单位阶跃扰动

10、r(t)=1V(t)不变，取R=1.0106，C=1.47，使T=1.47s，n=11.47，记录响应曲线c(t)，记作2。 保持=0.2不变，单位阶跃扰动r(t)=1V(t)不变，取R=1.0106，C=1.0,使T=1.0s，n=3。11.0，记录响应曲线c(t)，记作保持n=11.0不变，单位阶跃扰动r(t)=1V(t)不变，取Rf=80103，使k=0.8，=0.4，记录响应曲线c(t)，记作4。 保持n=11.0不变，单位阶跃扰动r(t)=1V(t)不变，取Rf=200103，使k=2.0，=1.0，记录响应曲线c(t)，记作5。2、三阶系统的稳定性分析： 求取系统的临界开环比例系数

11、KC,其中：22Cf1=Cf2=Cf3=0.47u；Ri3=1M。实验求取方法：先将电位器WR置于最大（470K）；加入r=0.5V的阶跃扰动；调整WR使系统输出c(t)呈等幅振荡。（t=5s/cm,y=0.5V/cm）；保持WR不变，断开反馈线，维持r=0.5V的扰动，测取系统输出电压Uc,则KC=UcX。系统的开环比例系数K对稳定性的影响0.适当调整WR，观察K增大、减小时，系统的响应曲线；1.记录当K=0.5Kc时的系统响应曲线（t=5s/cm,y=100mV/cm）；2.记录当K=1.25Kc时的系统响应曲线（t=5s/cm,y=0.5V/cm）。六、实验数据及分析:1、二阶系统的稳定

12、性分析：，使k=0.4， =0.2，取R=1.010，C=0.47，（1）Rf=401036使T=0.47s，下图：n=10.47，加入单位阶跃扰动r(t)=1V(t)，响应曲线c(t)如236C=1.47，使T=1.47s，n=11.47，响应曲线c(t)如下图：24（3）保持=0.2不变，单位阶跃扰动r(t)=1V(t)不变，取6n=11.0，响应曲线c(t)如下图：25（4）保持n=11.0不变，单位阶跃扰动r(t)=1V(t)不变，取Rf=80103，使k=0.8，=0.4，响应曲线c(t)如下图：（5）保持n=11.0不变，单位阶跃扰动r(t)=1V(t)不变，取26Rf=200103，使k=2.0，=1.0，响应曲线c(t)如下图：2、三阶系统的稳定性分析：K1=2，K2=1106100103+WR，K3=1106Ri3，K=K1K2K3，T1=1106Cf1，,T2=1106Cf2，T3=1106Cf3。求取系统的临界开环比例系数KC,其中：Cf1=Cf2=Cf3=0.47u；Ri3=1M。实验求取方法：先将电位器WR置于最大（470K）；加入r=0.5V的阶跃扰动；调整WR使系统输出c(t)呈等幅振荡。（t=5s/cm,y=0.5V/cm）；27保持WR不变，断开反馈线，维持r=0.5V的扰动，测取系统输出电压Uc,则KC=UcX。2829