實驗報告
課程名稱： 自動控制原理
實驗專案： 典型環節的時域相應
實驗地點： 自動控制實驗室
實驗日期： 2017 年 3 月 22 日
指導教師喬學工
實驗一典型環節的時域特性
一、實驗目的
1.熟悉並掌握tdn-acc+裝置的使用方法及各典型環節模擬電路的構成方法。
2.熟悉各種典型環節的理想階躍相應曲線和實際階躍響應曲線。對比差異，分析原因。
3.了解引數變化對典型環節動態特性的影響。
二、實驗裝置
pc機一台，td-acc+(或td-acs)實驗系統一套。
三、實驗原理及內容
下面列出各典型環節的方框圖、傳遞函式、模擬電路圖、階躍響應，實驗前應熟悉了解。
1．比例環節 (p)
(1)方框圖
(2)傳遞函式：
(3)階躍響應： 其中
(4)模擬電路圖：
(5)理想與實際階躍響應對照曲線：
① 取r0 = 200k；r1 = 100k。
② 取r0 = 200k；r1 = 200k。
2．積分環節 (i)
(1)方框圖
(2)傳遞函式：
(3)階躍響應： 其中
(4)模擬電路圖
(5) 理想與實際階躍響應曲線對照：
① 取r0 = 200k；c = 1uf。
② 取r0 = 200k；c = 2uf。
3．比例積分環節 (pi)
(1)方框圖：
(2)傳遞函式：
(3)階躍響應：
(4)模擬電路圖：
(5)理想與實際階躍響應曲線對照：
①取 r0 = r1 = 200k；c = 1uf。
理想階躍響應曲線實測階躍響應曲線
②取 r0=r1=200k；c=2uf。
理想階躍響應曲線實測階躍響應曲線
4．慣性環節 (t)
(1) 方框圖
(2) 傳遞函式：。
(3) 模擬電路圖
(4) 階躍響應：，其中；
(5) 理想與實際階躍響應曲線對照：
① 取r0=r1=200k；c=1uf。
② 取r0=r1=200k；c=2uf。
5.比例微分環節 (pd)
(1) 方框圖
(2) 傳遞函式：
(3) 階躍響應：。
(4) 模擬電路圖
(5) 理想與實際階躍響應曲線對照：
① 取r0 = r2 = 100k，r3 = 10k，c = 1uf；r1 = 100k。
② 取r0=r2=100k，r3=10k，c=1uf；r1=200k。
6.比例積分微分環節 (pid)
(1)方框圖：
(2)傳遞函式：
(3)階躍響應：
(4)模擬電路圖：
(5)理想與實際階躍響應曲線對照：
①取 r2 = r3 = 10k，r0 = 100k，c1 = c2 = 1uf；r1 = 100k。
②取 r2 = r3 = 10k，r0 = 100k，c1 = c2 = 1uf；r1 = 200k。
四、實驗步驟及結果波形
1.按所列舉的比例環節的模擬電路圖將線接好。檢查無誤後開啟裝置電源。
2.將訊號源單元的「st」端插針與「s」端插針用「短路塊」短接。由於每個運放單元均設定了鎖零場效電晶體，所以運放具有鎖零功能。
將開關分別設在「方波」檔和「500ms～12s」檔，調節調幅和調頻電位器，使得「out」端輸出的方波幅值為1v，週期為10s左右。
3.將2中的方波訊號加至環節的輸入端ui，用示波器的「ch1」和「ch2」錶筆分別監測模擬電路的輸入ui端和輸出u0端，觀測輸出端的實際響應曲線u0(t)，記錄實驗波形及結果。
4.改變幾組引數，重新觀測結果。
5.用同樣的方法分別搭接積分環節、比例積分環節、比例微分環節、慣性環節和比例積分微分環節的模擬電路圖。觀測這些環節對階躍訊號的實際響應曲線，分別記錄實驗波形的結果。
6.各典型環節不同引數下的階躍響應曲線的實驗結果：
1.比例環節
①取r0=200k；r1=100k。
②取r0=200k；r1=200k。
2.積分環節
①取r0=200k；c=1uf。
②取r0=200k；c=2uf。
3.比例積分環節
①取r0=r1=200k；c=1uf。
②取r0=r1=200k；c=2uf。
4.慣性環節
①取r0=r1=200k；c=1uf。
②取r0=r1=200k；c=2uf。
5.比例微分環節
①取r0=r2=200k，r3=10k，c=1uf，r1=100k。
②取r0=r2=200k，r3=10k，c=1uf，r1=200k。
6.比例積分微分環節
①取r2=r3=200k，r0=10k，c1=c2=1uf，r1=100k。
②取r2=r3=200k，r0=10k，c1=c2=1uf，r1=200k
實驗報告
課程名稱： 自動控制原理
實驗專案： 典型二階系統的時域分析
實驗地點： 自動控制實驗室
實驗日期： 2017 年 3 月 22 日
指導教師喬學工
實驗二典型二階系統的時域特性
一、實驗目的
1．研究二階系統的特徵參量 (ξ、ωn) 對過渡過程的影響。
2．研究二階物件的三種阻尼比下的響應曲線及系統的穩定性。
3．熟悉 routh 判據，用 routh 判據對三階系統進行穩定性分析。
二、實驗裝置
pc 機一台，td-acc+(或 td-acs)教學實驗系統一套。
三、實驗內容
1.典型的二階系統穩定性分析
(1)結構框圖
(2)對應的模擬電路圖
(3)理論分析
系統開環傳遞函式為開環增益。
(4)實驗內容
先算出臨界阻尼、欠阻尼、過阻尼時電阻r的理論值，再將理論值應用於模擬電路中，觀察二階系統的動態效能及穩定性，應與理論分析基本吻合。
，， 系統閉環傳遞函式為：
其中自然振盪角頻率阻尼比：。
2.典型的三階系統穩定性分析
(1)結構框圖
(2)模擬電路圖
(3)理論分析
系統的開環傳函為: (其中)，
系統的特徵方程為:。
(4)實驗內容
實驗前由 routh 判斷得 routh 行列式為：
為了保證系統穩定，第一列各值應為正數，所以有
得： 0 < k < 12 r > 41.7kω 系統穩定
k = 12 r = 41.7kω 系統臨界穩定
k > 12 r < 41.7kω 系統不穩定
四、實驗步驟及波形
1.將訊號源單元的「st」端插針與「s」端插針用「短路塊」短接。由於每個運放單元均設臵了鎖零場效電晶體，所以運放具有鎖零功能。
將開關設在「方波」檔，分別調節調幅和調頻電位器，使得「out」端輸出的方波幅值為 1v，週期為 10s 左右。
2.典型二階系統瞬態效能指標的測試
(1)按模擬電路圖 1.2-2 接線，將 1 中的方波訊號接至輸入端，取 r = 10k。
(2)用示波器觀察系統響應曲線 c(t)，測量並記錄超調 mp、峰值時間 tp 和調節時間 ts。 (3)分別按 r = 50k；160k；200k；改變系統開環增益，觀察響應曲線 c(t)，測量並記錄效能指標 mp、tp 和 ts，及系統的穩定性。並將測量值和計算值進行比較 (實驗前必須按公式計算出)。
將實驗結果填入表 1.2-1 中。
系統響應曲線如下：
欠阻尼 r=10kω
欠阻尼r=50 kω
臨界阻尼r=160 kω
過阻尼r=200 kω
3.典型三階系統的效能
(1)按圖 1.2-4 接線，將 1 中的方波訊號接至輸入端，取 r = 30k。
(2)觀察系統的響應曲線，並記錄波形。
(3)減小開環增益 (r = 41.7k；100k)，觀察響應曲線，並將實驗結果填入表 1.2-3 中。
不同開環增益下的的響應曲線：
k=16.7（r=30 kω）
k=12（r=41.7 kω）
k=5（r=100 kω）
實驗報告
課程名稱： 自動控制原理
實驗專案： 控制系統的穩定性和穩態誤差
實驗地點： 自動控制實驗室
指導教師喬學工
實驗三控制系統的穩定性和穩態誤差
一、實驗目的
1．學會利用matlab對控制系統的穩定性進行分析；
2．學會利用matlab計算系統的穩態誤差。
二、實驗裝置
安裝windows系統和matlab軟體的計算機一台。
三、實驗內容
1.利用matlab描述系統數學模型
如果系統的的數學模型可用如下的傳遞函式表示
則在matlab下，傳遞函式可以方便的由其分子和分母多項式係數所構成
的兩個向量惟一確定出來。即
num=[b0,b1 ,…, bm]; den=[1,a1,a2 ,…,an]
自動控制原理實驗報告
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自動控制原理實驗報告
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