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北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院宇航学院专业方向航天推进班级121516学号12151171学生姓名段毓指导教师自动控制与测试教学实验中心自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心2实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验时间10.30实验编号33同组同学无一、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，观测并记录不同时间常数T时的跃响应曲线，测定其过渡过程时间Ts。2.建立二阶系统的电子模型，观测并记录不同阻尼比ζ时的跃响应曲线，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：()()()模拟运算电路如图1-1所示：图1-1由图1-1得：()()在实验当中始终取,则,取不同的时间常数T分别为：0.25、0.5、1。记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时ts。（取误差带）2．二阶系统:其传递函数为：()＝()()令，则系统结构如图1-２所示：自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心3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，，则及取不同的值0.,0.,,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取误差带）,计算过渡过程时间Ts。四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。2.PC机一台。3.数字式万用表一块。4.导线若干。五、实验步骤1.熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。2.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。3.将D𝐴与系统输入端连接，将AD与系统输出端连接。线路接好后，经教师检查后再通电。4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线。5.观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。六、实验结果1.一阶系统T0.250.51自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心42505001000111实测值/s0.751.513.01理论值/s0.751.503.00T=0.25:T=0.5:自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心5T=1.0:2.二阶系统0.250.51.020010050101010实测45.99%17.92%0.06理论44.43%16.30%0实测值/s14.17.13.36理论值/s1473.5自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心6T=0.25T=0.5自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心7七、结果分析实验图线与理论图线基本符合，公式得到验证。实验数据结果与理论数据有一些出入，原因在于选择电阻时没有合适的阻值，就直接用510千欧电阻代替500欧，或者用电位计，阻值上的误差是实验数据误差的主要来源。另外储能元件放电不够充分也有可能引起误差。八、收获、体会及建议通过这次实验，将书本上知识与现象结合起来，生动形象。自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心8实验二频率响应测试实验时间实验编号33同组同学无一、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1.测定给定环节的频率特性。2.系统模拟电路图如下图：图2-13.系统传递函数为：取R=200KΩ，则G(S)00S0S00取R=100KΩ，则G(S)00S0S500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fωπ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。设有两个正弦信号:X(ωt)=XmSin(ωt)，Y(ωt)=YmSin(ωt+ψ)若以X(t)为横轴，Y(t)为纵轴，而以ω作为参变量，则随着ωt的变化，X(t)和Y(t)所确定的点的轨迹，将在X-Y平面上描绘出一条封闭的曲线。这个图形就是物理学上成称为的“李萨如图形”。3.相位差角Ψ的求法:自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心9对于X(ωt)=XmSin(ωt)及Y(ωt)=YmSin(ωt)当ωt=0时，有X(0)=0；Y(0)=YmSin(ψ)即ψ=ArcSin（Y(0)/Ym）,0≤ψ≤π/2时成立四、实验设备1.画出系统模拟运算电路图，标出电阻、电容的取值。2.画出K=2和K=5两种情况下的自动方式、示波器方式和李萨育图形。3.填写实验数据表格。4.用测量的实验数据分别计算出两种系统的传递函数的参数，并确定系统的传递函数。5.分析实验数据，就理论值与实测值的差异进行分析，说明误差产生的原因。五、实验步骤1.画出系统模拟运算电路图，标出电阻、电容的取值。2.画出K=2和K=5两种情况下的自动方式、示波器方式和李萨育图形。3.填写实验数据表格。4.用测量的实验数据分别计算出两种系统的传递函数的参数，并确定系统的传递函数。5.分析实验数据，就理论值与实测值的差异进行分析，说明误差产生的原因。六、实验结果1.ω1234678910Ym/Yo2/2.11.93/2.1160.9078/2.0770.4635/2.1740.07/2.10.03/2.090.02/2.070.01/2.0370.01/2.02Ac/Ar2/2.0052/2.182/2.282/2.182/2.172/2.162/2.12/2.082/2自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心102.ω24681012141618Ym/Yo0.996/0.1101.084/0.2251.177/0.4151.270/0.6671.458/1.0521.567/1.4551.55/1.5411.47/1.4621.223/1.042Ac/Ar0.9961.0841.1771.271.4581.5671.551.471.223自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心11七、结果分析①k=1时90°时，0∙−理论值𝐺(𝑆)00𝑆0𝑆00②k=2时90°时，4∙−理论值𝐺(𝑆)00𝑆0𝑆00八、收获、体会及建议本实验研究了不同传递函数的频率响应，并通过李沙育图像求得了响应相对于输入的滞后角，进而由实验数据确定了系统的传递函数。自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心12实验三控制系统串联校正一、实验目的1.了解和掌握串联校正的分析和设计方法。2.研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。二、实验内容1、设计串联超前校正，并验证。2、设计串联滞后校正，并验证。三、实验原理1.系统结构如图所示：图3-1其中𝐺𝐶（）为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式来实现。2.系统模拟电路图如图：其中𝑅𝑅𝑅𝑅5𝑅600，𝑅400，𝐶𝐶03.未加校正时𝐺𝐶()4、加串联超前校正时𝐺𝐶()𝑎S𝑇𝑆，a1给定.44，0.6，则𝐺𝐶()0.6S0.6𝑆5、加串联滞后校正时𝐺𝐶()𝑏S𝑇𝑆，b1给定0.，83.33，则𝐺𝐶()0S8.𝑆四、实验数据自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心131.响应曲线及波特图（1）原系统图3-2原系统的阶跃响应曲线（2）超前校正系统自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心14图3-3超前校正后系统的阶跃响应曲线（3）滞后校正系统图3-4滞后校正后系统的阶跃响应曲线2.定量分析从时域来看，超前校正和滞后校正都能减小系统的超调量。滞后校正改善超调量的效果特别显著，但是其也增大了系统的调节时间；超前校正虽然在超调量上改善的不如滞后校正多，但却能显著减少系统调节时间。控制系统串联校正研究校正标调节时间(s)超调量(%)原系统6.113057.7396超前校正2.460327.1394滞后校正12.347015.1300