机电控制工程基础实验报告 自控实验一x_
时间:2022-01-06 23:25:48 来源:网友投稿
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 实验编号 同组同学
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、实验原理
1、一阶系统阶跃响应性能指标的测试
系统的传递函数为:
模拟运算电路如下图 :
其中,;在实验中,始终保持即,通过调节和的不同取值,使得的值分别为0.2,0.51,1.0。记录实验数据,测量过度过程的性能指标,其中取正负5%误差带,按照经验公式取
2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试
系统传递函数为:
令ωn=1弧度/秒,则系统结构如下图:
二阶系统的模拟电路图如下:
在实验过程中,取,则,即;在实验当中取,通过调整取不同的值,使得分别为0.25,0.5,0.707,1,观察并记录阶跃响应曲线,记录所测得的实验数据以及其性能指标,
四、实验设备:
1、HHMN-1型电子模拟机一台。
2、PC机一台。
3、数字万用表一块。
4、导线若干。
五、实验步骤:
1、熟悉电子模拟机的使用,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D/A输出端与系统输入端Ui连接,将A/D1与系统输出端UO连接(此处连接必须谨慎,不可接错)。线路接好后,经教师检查后再通电。
4、在WindowsXP桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入,在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。
5、在系统菜单中打开“实验项目”项,选择实验一,在窗口左侧选择实验模型。
6、观测实验结果,记录实验数据,绘制实验结果图形,填写实验数据表格。
7、分析数据,绘制实际特性曲线,得出结论。
六.实验结果
1、模拟一阶系统信号的系统动态响应
T
0.25s
0.5s
1.0s
C
1μF
1μF
1μF
R2
250 KΩ
500KΩ
1MΩ
Ts实测
0.7750s
1.5160s
3.0570
Ts理论
0.75s
1.5s
3.0s
阶跃响应曲线
2、模拟二阶系统信号的系统动态响应(表中的理论值由MATLAB理论仿真得到)
0.25
0.5
0.707
1.0
1μF
1μF
1μF
1μF
2
1
707KΩ
500KΩ
实测
43.8257
15.9806
4.2840
0
理论
44.3410
16.3033
4.3255
0
实测
11.0335s
5.4235s
2.5860s
4.9035s
理论
10.7762s
5.2874s
2.9293s
4.7422s
阶跃响应
曲线
七、结果分析
(一)实验实测数据与理论数据误差在允许范围内,近似公式得到了验证,实验产生误差的原因有以下几点:
实验采集数据前按下电容放电的复位键不及时,有电量残留
实验过程中采用的电位器电阻测量不太准确
与数据采集过程中的电噪声有关。
由于其他因素导致的电阻变化,比如温度等
(二)一阶系统阶跃响应没有超调量,其性能指标主要是调节时间,特性由T确定,T越大,过渡过程进行得越慢,系统的快速性越差。二阶系统的性能指标主要包括超调量和调节时间。对于欠阻尼二阶系统,其单位阶跃响应曲线具有振荡特性,阻尼比越大,超调量越小,振荡越弱。当wn一定时,先随的增大而减小,当=0.707时,达到最小值,之后随的增大而增大。当=1时,系统为二阶临界阻尼系统,阶跃响应无振荡。
八、收获、体会及建议
通过这次实验,一方面我对课堂上所学的自动控制的知识有了更深的认识,不至于仅局限于书本上的内容;另一方面,提高了动手能力,在实验中电路的连接不能犯错误,同时要能找到问题,排除故障。
在实验过程中,我发现实验设计与器材有些不太匹配的地方,比如电阻的设置太少,而采用电位器的结果又不太精确,容易造成误差,建议设置的定值电阻更多更合理些。
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