自动控制原理标准实验报告.docx
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自动控制原理标准实验报告
电子科技大学自动化工程学院
标准实验报告
（实验）课程名称自动控制原理
电子科技大学教务处制表
电子科技大学
实验报告
学生姓名：
陈音学学号：
2014070902029指导教师：
实验地点：
C2507实验时间：
实验室名称：
实验项目名称：
系统认识与系统测试
实验学时：
4
实验原理：
实验原理图如下：
被测试系统是指：
由控制部分，电动机，反馈电位器组成的部分。
在该实验中要求：
1测试输入（外部、计算机）信号与输出角度信号之间的关系（曲线）。
2测试反馈电位器的输出电压与角度信号之间的关系（曲线）。
实验电路图
实验目的：
1了解开环系统的工作状态，掌握闭环系统反馈极性的判别方法及其影响。
2掌握系统相关数据的测试方法。
实验内容：
1测试输入（外部、计算机）信号与输出角度信号之间的关系（曲线）。
2测试反馈电位器的输出电压与角度信号之间的关系（曲线）。
实验器材：
XZ-IIC型实验仪计算机自动控制原理实验仪万用表
实验步骤：
1将系统接为单位负反馈系统，适当选取K值（约等于3）。
2在-5V－+5V范围内间隔0.5V调整R的输出电压（用万用表监测），读出对应的输出角度值（可用计算机读出）。
3断开系统输入，用手转动电机，在-150°－+150°间每隔10°选取一测试值用万用表监测反馈电位器的输出电压并作好记录。
（用计算机监测给定角度）
实验数据及结果分析：
实验机号20054409
计算机的给定电压与系统输出角度的关系：
给定电压-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2.03
2.5
3
输出角度-110
-90.4
-77.2
-53.9
-39.4
-22
0
17
35.5
55.5
67.8
90.4
107.6
横轴－计算机的给定电压纵轴－系统输出角度
系统输出角度与反馈电压间的关系：
输出角度-150
-140
-130
-120
-110
-100
-90
-80
-70
-60
反馈电压-4.29
-4
-3.71
-3.42
-3.087
-2.801
-2.51
-2.29
-1.94
-1.658
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.366
-1.085
-0.8
-0.52
-0.233
0
0.346
0.628
0.915
1.196
1.483
60
70
80
90
100
110
120
130
1.77
2.052
2.338
2.628
2.913
3.201
3.82
4.11
横轴－系统输出角度纵轴－反馈电压
外部输入电压与系统输出角度的关系：
外部输入电压-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
输出角度-115
-86
-76
-48
-36
-20
0
16
36
53
68
85
107
横轴－外部输入电压纵轴－输出角度
实验结论：
：
报告评分：
指导教师签字：
实验项目名称：
随动系统的时域特性分析
实验学时：
2
实验原理：
图21实验系统方块图
该实验主要研究系统前向增益K与系统反馈增益H的变化，对系统时域指标的影响。
由于本系统负载摆杆有一限位挡杆，不能连续转动，不宜做系统开环实验，故只做闭环实验。
1）系统前向增益K与系统性能的关系
系统输入为单位阶跃信号（refi=1v），先固定反馈增益H为1，设置不同前向增益K=0.3，0.5,1,1.5,2,2.5,3（前向增益K首次设置为1），观察并记录其不同的输出响应曲线。
并注意观察对稳态控制精度的影响。
2）系统反馈增益H与系统性能的关系
系统输入为单位阶跃信号（refi=1v），先固定前向增益K为1，设置不同反馈增益H=0.5,1,1.5,2,2.5,3（反馈增益H首次设置为1），观察记录其输出响应曲线。
并注意观察稳态值及对稳态控制精度的影响。
实验目的：
了解系统频域分析方法。
分析并掌握前向增益和反馈增益对系统稳定性的影响，并观察对稳态控制精度的影响。
实验内容：
1设置不同前向增益K=0.3，0.5,1,1.5,2,2.5,3（前向增益K首次设置为1），观察并记录其不同的输出响应曲线
2设置不同反馈增益H=0.5,1,1.5,2,2.5,3（反馈增益H首次设置为1），观察记录其输出响应曲线。
实验器材（设备、元器件）：
XZ-IIC型实验仪计算机（或自动控制原理实验仪、示波器、万用表）
实验步骤：
1.首先打开DSP.EXE文件，得到PC操作界面；
2.接着点击菜单项“文件（F）”—“设置（S）”,或者第二个快捷键得到设置对话框“ESPSetting”,选择其运行模式为“控制模式”，点击“OK”按扭；
3.然后点击菜单项“实验（E）”—“2：
随动系统的稳定性分析”，随之出现的“随动系统的稳定性分析”参数设置对话框（如图22）中有三个参数可供选择：
参考输入REFI、前向增益K和反馈增益H，设置好参数后点击“OK”按扭；
实验数据及结果分析：
实验机号20054409
k=0.3h=1稳态值：
44.5，46.9，47.9
k=0.5h=1稳态值：
35.8，35.7，35.8
k=1h=1稳态值：
34.1，34.4，34.8
k=1.5h=1稳态值：
35.1，35.0，35.0
k=2h=1
k=3h=1
h=0.5k=1稳态值：
77.2，75.9，75.2
h=1.5k=1稳态值：
24.3，24.2，24.0
h=2k=1稳态值：
18.2，17.5，16.8
h=2.5k=1稳态值：
14.9，14.2，14.8
h=3k=1
实验结论：
1
报告评分：
指导教师签字：
实验项目名称：
随动系统的频率特性测试及分析
实验学时：
4
实验原理：
系统原理图如下，
图25实验原理简图
固定反馈增益H为1，由先验知识可以知道，此随动系统具有低通特性，且频带较窄。
实验时：
输入信号采用正弦信号，频率从0.1Hz到6.0Hz（不同的电机可能会有较小的差异）开始时每隔0.1Hz变化，2.0HZ后间隔可增大，选择适当的输入信号的幅值，只要计算输出与输入信号的幅值之比即可。
记录输入、输出信号幅值比及相应的频率，从而分析其幅频特性。
实验目的：
1．了解系统频域分析方法；了解系统频域指标与时域指标的关系。
2．掌握系统频率特性的测试方法,进一步理解频率特性的物理意义；
3．根据闭环幅频特性求出被测系统相应的开环传递函数。
实验内容：
1．记录在不同频率下系统的输入，输出数据。
2．作出闭环系统的幅频特图，并分析求得其相应的传递函数（等效为二阶系统）。
3．实验时应如何选择实验频率及频率间隔?
实验器材（设备、元器件）：
XZ-IIC型实验仪计算机（或自动控制原理实验仪、示波器、信号发生器）。
实验步骤：
1首先打开DSP.EXE文件，得到PC操作界面；
2接着点击菜单项“文件（F）”—“设置（S）”,或者第二个快捷键得到设置对话框“ESPSetting”,选择其运行模式为“控制模式”，点击“OK”按扭；
3然后点击菜单项“实验（E）”—“4：
随动系统的频率特性及分析”，随之出现的“随动系统的频率特性及分析”参数设置对话框（如图26）中有两个参数可供选择：
正弦输入信号的幅值A和角频率w，选择好参数后点击“OK”按扭；
图26随动系统的频率特性及分析参数设置
4点击菜单项“文件（F）”—“开始（K）”或者第一个快捷键，开始实验；
5如需进行多次实验重复上述（3）、（4）步骤即可。
实验数据及结果分析：
实验机号20054409
输入电压=0.5sin（ωt）与输出角度间的关系：
角频率0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
18
17
16
18
15
16
16.5
17.5
16
15
16
17
15
18
17
16.5
15.5
17
输出角度平均值16.5
16.5
16.5
16.5
16.5
16.5
16.5
16.5
16.5
频率0.628
1.256
1.884
2.512
3.14
3.768
4.396
5.024
5.652
1
1.5
2
2.5
3
3.5
3.6
3.7
3.8
18
15
20
25
32
28
30
30
35
15
15
15
20
18
25
25
28.5
30
16.5
15
17.5
22.5
25
26.5
27.5
29.25
32.5
6.28
9.42
12.56
15.7
18.84
21.98
22.608
23.236
23.864
3.8
3.9
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
35
37
40
50
60
110
140
130
115
30
32
35
42
58
100
140
125
110
32.5
34.5
37.5
46
59
105
140
127.5
112.5
23.864
24.492
25.12
25.748
26.376
27.004
27.632
28.26
28.888
4.7
4.8
4.9
5
5.5
6
7
8
100
80
75
65
50
35
20
15
95
75
65
60
40
25
15
10
97.5
77.5
70
62.5
45
30
17.5
12.5
29.516
30.144
30.772
31.4
34.54
37.68
43.96
50.24
曲线图如下：
由实验数据并结合实验二的结果可得：
Amax=4;A（0）≈0.5;ωn≈8
根据公式Mr=Amax/A（0）;ξ=
可求得
ξ=0.0707
所求二阶系统为G（s）=
其对应的开环益传递函数为
报告评分：
指导教师签字：
实验项目名称：
随动系统的PID校正
实验学时：
2
实验原理：
图27实验系统结构简图
该实验主要观察PID校正网络各参数变化，对系统时域指标的影响，了解其作用规律。
所加校正网络为：
T1为微分环节时间常数T2为一阶积分环节时间常数
观察校正网络参数变化对系统性能的影响。
实验中参数选取如下：
k=1；T2=0.0167分别取T1=0.01，0.05，0.1，1
k=1；T1=0.1分别取T2=0.001，0.01，0.167，1.67
记录系统的输出曲线、超调量、调节时间Ts。
实验目的：
1．了解线性系统最常用的校正方法。
2．了解PID校正网络参数变化对系统的影响。
3．掌握校正的概念，了解其PID校正对系统时域指标的作用规律。
实验内容：
1．记录系统不同结构参数校正下对应的输出响应曲线；
2．分析不同的校正参数对系统各项性能指标的影响；
实验器材（设备、元器件）：
XZ-IIC型实验仪计算机（或自动控制原理实验仪、示波器、万用表）
实验步骤：
1.首先打开DSP.EXE文件，得到PC操作界面；
2.接着点击菜单项“文件（F）”—“设置（S）”,或者第二个快捷键得到设置对话框“ESPSetting”,选择其运行模式为“控制模式”，点击“OK”按扭；
3.然后点击菜单项“实验（E）”—“5：
随动系统的校正”，随之出现的“随动系统的校正”参数设置对话框（如图28）中有四个参数可供选择：
参考输入REFI和前向增益K，及两个校正环节参数T1和T2，设置好参数数值后点击“OK”按扭；
图28随动系统的校正参数设置对话框
4.点击菜单项“文件（F）”—“开始（K）”或者第一个快捷键，从而开始实验；
5.如需进行多次实验,重复上述（3）、（4）步骤即可。
实验数据及结果分析：
实验机号20054409
实验数据如下：
k=1t1=0.01t2=0.0167超调量=83%调节时间=6s
k=1t1=0.05t2=0.0167超调量=15%调节时间=2.2s
k=1t1=0.1t2=0.0167超调量=0%调节时间=1s
k=1t1=1t2=0.0167超调量=0%调节时间=21s
k=1t1=0.1t2=0.001超调量=0%调节时间=17s
k=1t1=0.1t2=0.01超调量=0%调节时间=1.8s
k=1t1=0.1t2=0.05超调量=30%调节时间=2.3s
k=1t1=0.1t2=0.167超调量=86%调节时间=8s
k=1t1=0.1t2=1.67超调量=调节时间=
实验结论：
报告评分：
指导教师签字：
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