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自动控制原理实验报告一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试频率响应测试控制系统串联校正班级：100415班学号：10041144姓名：聂超实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、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,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间Ts。2.建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间Ts。三、实验结果1、一阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试（1）模拟运算电路图：（2）数据记录表格：T/s0.250.51R1=R2/Ω250K500K1MC/μF111Ts实测/s0.75831.5253.077Ts理论/s0.751.53（3）跃阶响应曲线当T=0.25s时当T=0.5s时当T=1s时（4）误差分析及总结当T=0.25s时，误差=1.11%；当T=0.5s时，误差=0.5%；当T=1s时，误差=2.57%由于T决定响应参数，而T=R2C，在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及一些干扰，因此使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验达到预期要求。由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征由T确定，T越小，过渡过程进行得越快，系统的快速性越好。2、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试（1）模拟运算电路图（2）数据记录表格ζ0.250.51.0R4/Ω2M1M500KC1=C2/μF111σ%实测43.75%16.15%0%σ%理论44.4%16.3%0%Ts实测/s8.78595.43054.6605Ts理论/s1474.7（3）跃阶响应曲线当ζ=0.25时当ζ=0.5时当ζ=1时（4）误差分析及总结当ζ=0.25时，超调量的相对误差=1.5%；调节时间的相对误差=37.24%；当ζ=0.5时，超调量的相对误差=0.92%；调节时间的相对误差=22.42%；当ζ=1时，超调量的绝对误差=0%；调节时间的相对误差=0.84%；ζ越小振荡越强，平稳性越差，由实验可以看出实验的误差也越大。同时。由于本试验中，用的参量比较多，在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。四、实验感想这是第一次的自动控制实验，由于对操作系统和实验仪器的不熟悉，实验刚开始进行得比较艰难。我想这主要是由于没有对实验进行充分地预习，今后在实验之前应该要进行充分地预习才能保证实验顺利进行。实验二频率响应测试一、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参数。二、实验内容1、测定给定环节的频率特性。2、系统模拟电路图及系统结构图分别如下图。3、系统传递函数为取R=200KΩ，则G(s)=200/(s^2+10s+200),取R=100KΩ，则G(s)=100/(s^2+10s+100),三、实验数据及结果R1=R2=R3=R4=100KΩ，C1=C2=1μF1、取电阻R为200kΩ。（1）实验数据表格序号12345678910f1．431.591.751.912.072.232.392.552.712.87ω9101112131415161718Ac/Ar2.7322.8612.9573.0183.0102.7252.4562.1702.1601.697Yo/Ym0.6380.7830.8600.9430.97610.9560.8590.8880.740ψ39.6451.5459.3270.5677.4290107.106120.8117.38132.27（2）获得的正椭圆图形(3）误差分析及总结由记录的数据及图标可以看出，此系统为二阶震荡系统，当w=2.23*2*π时为转折点，有ωn=2.23*2*π=14，此时ψ=-90°，L=20*lg（1/2ξ）=3.7396，得出ξ=0.325.即由此实际实验数据得出的系统传递函数为：G（s）=196/(s^2+9.1s+196)。系统理论传递函数为G(s)=200/(s^2+10s+200)，则ωn理=√200=14.14，ξ理=0.354.所以，ωn的误差为(14.14-14)/14.14=1%，ξ的误差为(0.354-0.325)/0.354=8.2%。由以上的误差计算可以看出，实际算出的系统与理论值比较，误差比较小，基本符合实验要求。对于实验误差，可能是由于测试过程中可变电阻的调节上不是很精确。以及连接线路上接触不好及温度影响等原因有微小的干扰造成误差等。2、取电阻R为100kΩ。（1）实验数据表格序号12345678910f0.800.951.111.271.431.601.751.912.072.23ω567891011121314Ac/Ar2.1442.2952.3222.2832.1561.9851.7771.5551.3551.140Yo/Ym0.6630.7190.8290.9400.98710.9430.8810.7930.745ψ41．5345.9756.0071.6280.7590109.44118.24127.53131.84（2）获得的正椭圆图形（3）误差分析及总结系统理论传递函数为G(s)=100/(s^2+10s+100)，则ωn理=√100=10，ξ理=0.224所以，ωn的误差为(10.048-10)/10=0.48%，ξ的误差为(0.224-0.21)/0.224=6.3%。由以上的误差计算可以看出，实际算出的系统与理论值比较，误差比较小，基本符合实验要求。对于实验误差，可能是由于测试过程中可变电阻的调节上不是很精确。以及连接线路上接触不好及温度影响等原因有微小的干扰造成误差等。四、实验感想在这次实验中遇到的困难主要是在连线过程中出现了错误，导致将大量时间用在了连接电路上。而主要原因还是来自于对电路原理和实验板的不熟悉。而通过这次实验我了解了实验测量系统传递函数的一种方法，这是对理论课上所学知识的一次扩充和巩固。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．系统结构图其中Gc(s)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由模拟机实现。2．系统模拟电路图：3．未加校正时Gc(s)=14．加串联超前校正时Gc(s)=(0.63s+1)/(0.26s+1)5．加串联滞后校正时Gc(s)=(10s+1)/(83.33s+1)四、实验数据和结果第一节和最后一节放大器不用，R3=R5=1MΩ，C1=C2=1μF，R4=250K1、未加校正（1）数据表格oststr43.66785.60210.65423（2）阶跃响应曲线（3）伯德图（4）参数分析由时域特性曲线可以看出该系统稳定。调节时间ts=5.6021s，超调量σ%=43.6678%。由伯德图可以得出截止频率ωc=1.88rad/s；此时相位角为ψ=-152°，则相位裕度γ=28°。2、加串联超前校正（1）数据表格oststr21.51591.99420.5522（2）阶跃响应曲线（3）伯德图（4）参数分析由时域特性曲线可以看出该系统稳定。调节时间ts=1.9942s，超调量σ%=21.5159%。由伯德图可以得出截止频率ωc=2。38rad/s；此时相位角为ψ=-132.6°，则相位裕度γ=47.4°。3、加滞后校正（1）数据表格oststr19．012214.42772.7592（2）阶跃响应曲线（3）伯德图（4）参数分析由时域特性曲线可以看出该系统稳定。调节时间ts=14.7485s，超调量σ%=19.8056%。由伯德图可以得出截止频率ωc=0.452rad/s；此时相位角为ψ=-125.5°，则相位裕度γ=54.5°。五、实验结果分析1，三个系统都稳定。2，加串联超前校正时的系统比未加校正时调节时间短，即系统快速性变好了，而且超调量也减小了。从频率角度来看，截止频率减小，相位稳定裕度增大，系统的稳定性变好了。3，加串联滞后校正时的系统比未加校正时调节时间长，即系统快速性变差了，但是超调量减小了很多，甚至比加串联超前校正时的超调还小。从频率角度来看，截止频率变小了，但相位稳定裕度增大了很多，甚至超过了加串联超前校正时的相位稳定裕度。4，加串联超前校正和串联滞后校正都能改变系统的稳定性能参数。但是改变状况又不一样。加串联超前校正即使系统变快，又降低了超调，使相位稳定裕度增大，使系统在调节时间和超调量上达到了比较好的平衡，使系统变得比较好。而加入串联滞后校正时的系统是以加长调节时间来达到降低超调量的目的的，使相位稳定裕度达到比较好的程度，但是这个系统比未加校正时变慢了不少，在对快速性要求较高的场合不适用。六、实验感想这次实验进行得十分顺利，这主要得益于对于这部分的实验内容比较熟悉，对于实验仪器的操作也有了心得。同时，通过这次实验，我了解到了控制系统串联校正对系统的影响，使自己对理论课上所学的知识有了更深理解。