《自動控制》階典型環(huán)階躍響應(yīng)實驗分析報告

1、自動控制原理實驗分析報告賓驗一抽單位：XIms-imV方諛/S號遞同期：500ms+5oo電平:looomV-1000mV采祥:looo*ioms特征參數(shù)實際值：K=-1.4000500060007000SoooQOOOIQGOO姓名：一、典型一階系統(tǒng)的模擬實驗:1.比例環(huán)節(jié)(P)階躍相應(yīng)曲線傳遞函數(shù)：G(S)二-R2/R1二K說明：K為比例系數(shù)(1)Ri=100KQ,R2=100KQ;OlOOO200030001500040003000soooIOQOo-iooo-300-0-3000-40005000學(xué)號：班級:RzXiQX21QOOQ2|lOOOQYi50QOG-5000fl-Y：100

2、-00(2)(2)Ri=100KQ,R2=200KQ;g卩K=-2.O1OO-O20003000斗ooo50006ooo7000809000100005000實咼一軸單位：Ximj-?imV方謹信號源周期：gooms十500ms斗ooo電平:LdoomV-1000mV采羊：looo*iosms300020001000-1000-2000期七“TfwwW畔斗4沖eitw11u1叭上B鼻齊“*呼2編i“I-SOOD-4000-SOODX1-0X2=10000|Xl-X2|=10000Y丄一goooYs-5000Yi-Y2IlooooJ*罵J*罵耳口p聲戸址迢凰曰垢035Tme-dlsel|HaTU

3、B|HaTUBQ1212471698-K;比例環(huán)節(jié)的特性K分析：經(jīng)軟件仿真，比例環(huán)節(jié)中的輸出為常數(shù)比例增益參數(shù)也為k，表征比例環(huán)節(jié)的輸出量能夠無失真、無滯后地按比例復(fù)現(xiàn)輸入量。2、慣性環(huán)節(jié)(T)階躍相應(yīng)曲線及其分析。R2_!傳遞函數(shù)：G(S)二-K/(TS+I)K=R2/Ri,T=R2CR】Ikc說明：特征參數(shù)為比例增益K和慣性時間常數(shù)T。it.(1)、R2=Ri=100KQ,C=gF;特征參數(shù)實際值:K=-1,T=0.1。ojOCOiooo20003000400050006ooo70008ooo9000loaoo4000實驗角單位：xims-imV方波信號訴冏朋:5口口ms+5口口ms也平:

4、iooomV戢-iooomV來桂：iooo*ioms工口口口3DODIOOO-1OOO*gJk，血-500-0Xl口XL-1O0OOYi5口(口Ya-5000-500-0Xl口XL-1O0OOYi5口(口Ya-50001OOOD1口OOO匚回國匚回國r：in-pf!Tma-arintd宦廠5S吟1就TL*B7SahuIltJcLahr.仝321247-.RwL3tll*5cvkH*CI7.OS(2)、R2=R1=100KQ,C=0.1F;特征參數(shù)實際值:K=-1,T=0.01ooXpoosood3Qoo斗o-oo5Doo6o-aatqoo8ooo9000loooo實驗一軸單恆：Xinw-v方液

5、倍號瀝.O朋:seems450Dmseg平:iooom.V或-丄口domV采樽：iooo105QQQ40003000S2OOQ1QOQ口-lOOOSQCQ-30CO-OOO-5OOOXi=oXa-iooooIXi-XaI=10000Tl=5000Y2=-5QQQIY1Y2|=lOOCCT=0.1分析：慣性環(huán)節(jié)的階躍相應(yīng)是非周期的指數(shù)函數(shù)，當t=T時，輸出量為0.632K,當t=34T時，輸出量才接近穩(wěn)態(tài)值。比例增益K表征環(huán)節(jié)輸出的放大能力，慣性時間常數(shù)T表征環(huán)節(jié)慣性的大小，T越大表示慣性越大，延遲的時間越長，反之亦然。3、積分環(huán)節(jié)(I)階躍相應(yīng)曲線及其分析。傳遞函數(shù)：G(S)二-I/TS,T=

6、RC說明：特征參數(shù)為積分時間常數(shù)T。(1)、R=100KQ,C=1辰；特征參數(shù)實際值:O1OOO20003-OdO4DDO50006000700080009ScopeB匡XTH開站CE!S丁攜環(huán)：r*門Lkbr.FZTJCW.Hl如tLtUd*JScGf|kES3吃垃PPW(2)、R2=R1=1QQKQ,C=0.1F#特征參數(shù)實際值:K=-1,T=0.015000斗ooo30002000lOOO1OOO-20G0-3000-4000-5000LODOOIOOGO1QOOO-5000實驗一軸殖位：xims-VimV方渡信號渥周朗：500ms+5口ms電平：iooomV或-looomV采祥:1O0

7、Gioms分析：比例積分環(huán)節(jié)的輸出是在比例作用的基礎(chǔ)上，再疊加積分作用，其輸出量隨時間的增加無限地增加。但是實際上放大器都有飽和特性，積分后的輸出量不可能無限增加。5、微分環(huán)節(jié)(D)階躍相應(yīng)曲線及其分析。傳遞函數(shù)：G(S)二-TST=RC1說明：特征參數(shù)為微分時間常數(shù)T。(1)、R=100KQ,G=0.01F,Ci=gF;特征參數(shù)實際值：T=0.1100010002000JOOO400050006000700080009000-lOOOO50004000300020001000o-1000-2000-3000-5000實監(jiān)一Sfi單位：X】血$-Yim.V方滾信號誦冏期：soomi+500ms

8、電平：iooomV或-gDDmV采樣:1OCO*IOIT15OX2=5000Ya-ioooo-50001000G10000(2)、R=100KQ,C2=0.01F,Ci=0.1F；特征參數(shù)實際值：T=0.01lOOOlOOO20003000400050006OOO70008OOO90001OOOO5000400030002000LOGOO-lOOO-2000-300口-4000-5OQO0X25000Ya-10000-50001000G1OOOO實監(jiān)一釉單位:X-Vim,V方強信號躁周期：500+500FH5電豐：iooomV-1OO0mV采1?:loco*ioms分析：微分環(huán)節(jié)在輸入信號維持

9、恒值情況下，輸出信號按指數(shù)規(guī)律隨時間推移逐步下降，經(jīng)過一段時間后，穩(wěn)定輸出為0。實際微分環(huán)節(jié)不具備理想微分環(huán)節(jié)的特征，但是仍能夠在輸入躍變時，于極短時間內(nèi)形成一個較強的脈沖輸出。其特征參數(shù)T表征了輸出脈沖的面積。6、比例微分環(huán)節(jié)（PD）階躍相應(yīng)曲線及其分析說明：特征參數(shù)為比例增益K和微分時間常數(shù)T。(1)、R2=Ri=100KQ,C2=0.01F,Ci=1獷;特征參數(shù)實際值:K=-1,T=0.11000呈30004ooogood6ooo70008ooo9000100005000鈾單15E:Xims-lmv目的電壓：logomV4000采樣:iooo*10ms300020001000-丄ooo-

10、丄ooo-2000-3000-4000*5000(2)、R2=Ri=100KQ,C2=0.01F,Ci=0.1F特征參數(shù)實際值：K=-1,T=0.01XiYio士3000Ys100001000010000-5000K分析：比例微分環(huán)節(jié)是在微分作用的基礎(chǔ)上，再疊加比例作用，其穩(wěn)定輸出與輸入信號成比例關(guān)系。一、典型一階系統(tǒng)的模擬實驗：(s)S22WnSwj典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：其中Z和5對系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)有決定的影響1典型二階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應(yīng):UZA/D1UZA/D1系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：,7(p(s)=U2(s)/U1(s)二式中T=RC,K=Rj/Ri2、畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，

11、再由ts和Mp計算出傳遞函數(shù)，并與由模擬電路計算的傳遞函數(shù)相比較。（1）當Ri=R=100KQ,C=1uF,g=10rad/s時： R2=40KQ,Z=2,響應(yīng)曲線：0100Q200030004000S0006000700080009000100005000實臉二軸單位：Xmu-vimv號的電壓：iooomV4000采存：ioooiomt3oao2000iooo-3000-400a-5000Xi=aXi=10000IXi-=10000Yi=50002-joao:-T;=ioooo分析：系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，0Z1。系統(tǒng)的閉環(huán)根為兩個共軛復(fù)根，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，其單位階躍響應(yīng)是衰減振蕩的曲線，又稱

12、阻尼振蕩曲線其振蕩頻率為g，稱為阻尼振蕩頻率R2=100KQ,z=5響應(yīng)曲線:100020003000斗ooo5000700080009000LOOOO4ooo實驗二軸單位:Xims-yimV目的耄壓-looomV采禪:toco*ioms2.0001000-1OOO-1OOO-2O0Q-3000-4000-5000GX2=oYa止oooo-gooo丄ooooioooo-j占”辰匡I艮目巳用護為ibis如TtonQfTI事#P二“B8HS.1MATUfcnu&ua4創(chuàng)吃1劭TH閃fiHIT1曰ZiP*站粘I*.心PRJT分析：系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，0Z1。系統(tǒng)的閉環(huán)根為兩個共軛復(fù)根，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀

13、態(tài)，其單位階躍響應(yīng)是衰減振蕩的曲線，又稱阻尼振蕩曲線。其振蕩頻率為g，稱為阻尼振蕩頻率。總結(jié)：由兩個實驗數(shù)據(jù)和仿真圖形可知：對不同的z振蕩的振幅和頻率都是不同的。z越小，振蕩的最大振幅愈大，振蕩的頻率g也愈大，即超調(diào)量和振蕩次數(shù)愈大，調(diào)整時間愈長。當z=0.707時，系統(tǒng)達到最佳狀態(tài),此時稱為最佳二階系統(tǒng)。 R2=200KQ,Z=響應(yīng)曲線：500040003000200010001-10002000-3000-4OOO巧QQQ實驗二軸單：Xims-VimV目的電壓：locomV采萍：tooo*iomsXl=0X2=10000IXi-X2I=10000Vi5000Ya-joooIY1-Y2-io

14、ooo分析：系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)，Z1。系統(tǒng)的閉環(huán)根為兩個相等的實數(shù)根,系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，其單位階躍響應(yīng)為單調(diào)上升曲線，系統(tǒng)無超調(diào)。 R2=240KQ,z=.2，響應(yīng)曲線:50Q04000300020001000o-1000-20003000Moat)-5000Xl-0X2-10000|X1-X2-10000Yi5000Y2-oooY1Yz-loooo分析：系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)，Z1。系統(tǒng)的閉環(huán)根為兩個不相等的實數(shù)根,系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，其單位階躍響應(yīng)也為單調(diào)上升曲線，不過其上升的速率較臨界阻尼更慢，系統(tǒng)無超調(diào)。 R2=0KQ,z=，響應(yīng)曲線:5000實監(jiān)二朝單住：Xims-imV目的克壓；loo

15、omV4000采祥：1000*100153(mo200010-000X23000Y20X23000Y210000-500010000100000-10002000-3000-4000書cig分析：系統(tǒng)處于無阻尼或零阻尼狀態(tài)，Z0。系統(tǒng)的閉環(huán)根為兩個共軛虛根,系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)(屬于不穩(wěn)定)，其單位階躍響應(yīng)為等幅振蕩曲線，又稱自由振蕩曲線，其振蕩頻率為5，且=1/(RC)(2)當R=100KQ,C=0.1uF,g=100rad/s時:R2=40KQ,Z=2,響應(yīng)曲線:斗ooosooa60007000Booo900010000實驗二軸單位：XIms-VtmV目的電壓；looomV采祥:looo*

16、ioms5000斗00030C0200010000-1QOO-2QOO-4000-jaoaXiY0X2=5000Y;10000-50001000010000分析：在相同阻尼比Z的情況下?？梢奼越大，上升時間和穩(wěn)定時間越短其穩(wěn)定性也越好。R2=100KQ,z=5響應(yīng)曲線：I500040003000200010000-1000-2000-3000-4000-jooo實驗二軸單Xims-VimV目的電壓；LooomV杲祥:loco*ioms8ooo00010000Xl=0X21000010000Yi=5000Ya-50DO10000fineD4F2E1:D曰如RZh占*尅惟罪新L63&克tSiUilLnkLilHf.JSc4p#17:2R2=0KQ,z=0響應(yīng)曲線:aXsgoooYaioooo-gooa1oooolOOOO扌畠用爐L*I?BTunrnHH=7牙詰ea雇7加屮O11212w71&3SitL：jSPHn