自動控制原理
實驗報告
姓名專業班級
學號任課教師
撰寫日期
1.研究二階系統的特徵引數，阻尼比 ζ 和無阻尼自然頻率ωn 對系統動態效能的影響。定量分析ζ和ωn 與最大超調量 mp 和調節時間 ts 之間的關係。
2.學會根據系統階躍響應曲線確定傳遞函式。
型自動控制系統實驗箱一台
2.計算機一台
控制系統模擬實驗利用運算放大器不同的輸入網路和反饋網路模擬各種典型環節，然後按照給定系統的結構圖將這些模擬環節連線起來，便得到了相應的模擬系統。再將輸入訊號加到模擬系統的輸入端，並利用計算機等測量儀器，測量系統的輸出，便可得到系統的動態響應曲線及效能指標。若改變系統的引數，還可進一步分析研究引數對系統效能的影響。
二階系統模擬電路圖如圖所示
二階系統結構圖如圖所示
系統的閉環傳遞函式為
1) 取ωn=10rad/s, 即令 r=100kω，c=1μf；分別取ζ =0、 0.25、0.5、1、2，即取 r1=100kω，r2 分別等於 0、50k ω、100kω、200k ω、400k ω。
輸入階躍訊號，測量不同的ζ 時系統的階躍響應，並由顯示的波形記錄最大超調量 mp 和調節時間 ts 的數值和響應動態曲線，並與理論值比較。
2) 2.取ζ =0.5。
即電阻 r2 取 r1=r2=100k ω；ωn=100rad/s, 即取 r=100k ω，改變電路中的電容 c=0.1μf(注意：二個電容值同時改變)。
輸入階躍訊號測量系統階躍響應，並由顯示的波形記錄最大超調量σ p 和調節時間 ts。
實驗所得階躍響應曲線如下所示
，時，系統階躍響應圖：
，時，系統階躍響應圖：
，時，系統階躍響應圖：
，時，系統階躍響應圖：
，時，系統階躍響應圖：
1）誤差帶取5%，ωn=10rad/s時，實驗資料
誤差帶取5%，ωn=10rad/s時，理論資料
2），只改變電容使，系統階躍響應圖：
該系統的最大超調量為24%，調節時間為0.45s。
i) 若已知超調量和，可以由公式和求得和，我們可以得到系統理論傳遞函式和實驗所得傳遞函式
可以看出用實驗值求出的傳遞函式與理論傳遞函式存在誤差，但在誤差允許範圍內可以接受。
ii) 由二階系統模擬電路圖得到二階系統結構圖如下
7.實驗總結
當ζ=0時，系統處於零阻尼狀態，階躍響應曲線呈現持續的等幅振盪；當0<ζ<1時，系統處於欠阻尼狀態，系統時間響應具有振盪特性，隨著ζ的增大，超調量減小，調節時間變大；當ζ=1時，系統處於零阻尼狀態，階躍響應曲線為持續的等幅振盪；當ζ>1時，系統處於過阻尼狀態，階躍響應曲線單調上公升且穩定，無振盪。
系統處於欠阻尼狀態時，隨著阻尼比的增大，超調量減小，調節時間縮短；系統處於臨界阻尼狀態時，系統無超調量，調節時間最短；系統處於過阻尼狀態時，系統無超調量；在測量誤差範圍內，理論值和實際值相等。
實驗三連續系統串聯校正
1. 加深理解串聯校正裝置對系統動態效能的校正作用。
2. 對給定系統進行串聯校正設計，並通過模擬實驗檢驗設計的正確性。
1．el-at-iii 型自動控制系統實驗箱一台
2．計算機一台
由模擬電路圖可以得到：
● 未加入校正環節時系統的開環傳遞函式為
● 加入校正環節後系統的開環傳遞函式為
由模擬電路圖可以得到：
● 未加入校正環節時系統的開環傳遞函式
● 加入校正環節後系統的開環傳遞函式
由模擬電路圖可以得到：
● 未加入校正時系統的開環傳遞函式
● 加入校正環節後系統的開環傳遞函式
超前校正：
1． 連線被測量典型環節的模擬電路(圖 3.1.1)，開關 s 放在斷開位置。
2． 系統加入階躍訊號，測量系統階躍響應，並記錄超調量σ p 和調節時間 ts。
3． 開關 s 接通，重複步驟 2，並將兩次所測的波形進行比較。
滯後校正：
4． 連線被測量典型環節的模擬電路(圖 3.2.1)，開關 s 放在斷開位置。系統加入階躍訊號。測量系統階躍響應，並記錄超調量σ p 和調節時間 ts。
5．開關 s 接通，重複步驟 2，並將兩次所測的波形進行比較
超前--滯後校正：
6. 接被測量典型環節的模擬電路(圖 3.3.1)。雙刀開關放在斷開位置。系統加入階躍訊號。測量系統階躍響應，並記錄超調量σ p 和調節時間 ts。
7．雙刀開關接通，重複步驟 2，並將兩次所測的波形進行比較。
校正前後的階躍響應曲線（其中紅色代表校正前響應曲線，紫色代表校正後響應曲線）：
由以上兩圖，經過計算，可以得到校正前後系統動態效能指標
校正前：
校正後：
校正裝置的作用：利用超前校正網路的相角超前特性去增大系統的相角裕度，以改善系統的暫態響應。
加入滯後校正前、後系統的階躍響應曲線圖（其中紅色代表校正前響應曲線，紫色代表校正後響應曲線）：
由以上兩圖，經過計算，我們可以得出校正前後系統動態效能指標
校正前：
校正後：
校正裝置的作用：降低ωc，以犧牲快速性為代價獲取穩定性。
加入滯後校正前、後系統的階躍響應曲線圖（其中紅色代表校正前響應曲線，紫色代表校正後響應曲線）：
由以上兩圖，經過計算，可以得出校正前後系統動態效能指標
校正前：
校正後：
校正裝置的作用：超前部分改善系統的暫態功能，而校正網路的滯後部分則可以提高系統的穩態精度。通過校正，系統的調節時間減少。
從以上實驗得出的系統校正前、後階躍響應曲線和校正前後波特圖我們可以得出下面的結論：
1.對比超前校正和滯後校正的階躍響應曲線和波特圖，我們發現超前校正利用相位超前特性，獲得系統所需要的相位超前量，具有高通特性；而滯後校正則是通過低通特性，使幅值穿越頻率下降；
2.超前校正比滯後校正提供更高的幅值穿越頻率，從而使系統頻寬更大、調節時間減小；
3.滯後校正降低了高頻增益，系統的總增益增大，從而使低頻增益增加，可以用來改善系統穩態精度；
4.滯後校正減小了系統的頻寬，使系統有較低的響應速度，可以使高頻雜訊衰減；
5.超前-滯後校正則可以獲得快速響應特性，而且能夠獲得很好的穩態精度。
6.在實際系統矯正中，我們可以根據以上結論根據需要選擇超前、滯後、超前-滯後校正環節中的一種，這樣可以更快的達到我們校正的目的。
自控實驗報告
自動控制原理實驗報告 姓名林澤斌 學號201203870308 指導教師何能通 專業班級自動化1203班 學院資訊工程學院 提交日期 2014年12月15 一 實驗目的 1.掌握瞬態效能指標的測試技能。2.掌握引數對系統瞬態效能及穩定性的影響。3.了解和觀測校正裝置對系統穩定性及瞬態特性的影響。二 ...
自控實驗報告
姓名 學號 一 實驗名稱 典型環節的電路模擬 二 實驗目的 1 熟悉 thbdc 1 型訊號與系統控制理論 計算機控制技術實驗平台及上位機軟體的使用 2.熟悉各典型環節的階躍響應特性及其電路模擬 3.測量各典型環節的階躍響應曲線，並了解引數變化對其動態特性的影響。三 實驗裝置 1.thbdc 1 型...
自控實驗報告參考
東南大學自動化學院 實驗報告 課程名稱 自動控制基礎 實驗名稱自動控制大型實驗 院 系 自動化學院專業 自動化 姓名 顧李晶學號 08007326 實驗室實驗組別 同組人員 陳慧 魯翔實驗時間 2010 年 6 月 14 日 評定成績審閱教師 目錄一 設計內容頁碼 二 熟悉環境頁碼 三 建立傳遞函式...