成绩       

北 京 航 空 航 天 大 学

自动控制原理实验报告

学    院     自动化科学与电气工程学院            

专业方向        电气工程及其自动化           

班    级             120311                 

学    号             12031019             

学生姓名             毕森森               

指导教师                                 

自动控制与测试教学实验中心

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  2014.10.28   实验编号   29        同组同学  无      

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： 系统传递函数为：  

模拟运算电路如图1- 1所示：

            图 1- 1

由图 1-1得  

在实验当中始终取R₂= R₁，则K=1，T= R₂C，取时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。

2．二阶系统:

其传递函数为：

令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：

 

              图1-2

根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：

                          图1-3

取R₂C₁=1 ，R₃C₂ =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1

四、实验设备

HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块

五、实验步骤

1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路；

2. 将系统输入端 与D/A1相连，将系统输出端 与A/D1相；

3. 检查线路正确后，模拟机可通电；

4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。

5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。

6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。

六、实验结果

1、一阶系统。

其中，，对应5%的误差带。为达到稳态值95%的测量时间。

图6- 2

图6- 3

图6- 4

2、二阶系统

图6- 5 ξ=0.25

图6- 6 ξ=0.5

图6- 7 ξ=0.707

图6- 8 ξ=1

七、结果分析

1、一阶系统实验结论：

（1）、一阶系统单位阶跃响应是单调上升的曲线，其上升速度由时间常数τ唯一确定，τ越小，过渡过程的时间越短，τ越大，过渡过程时间越长。

（2）、由于，一阶系统的单位阶跃相应没有稳态误差，在图中表示为曲线最终与预期值重合。

2、二阶系统结论

（1）、平稳性：由响应曲线和超调量可以看出，阻尼比越大，超调量越小，阶跃响应的振荡倾向越弱，平稳性越好。阻尼比越小，振荡倾向越强，平稳性越差。

（2）、快速性：由阶跃响应曲线和调节时间可以看出，过大，例如，值接近于1，系统响应迟钝，调节时间长，快速性差；过小，虽然相应的起始速度较快，但因为震荡强烈，衰减缓慢，调节时间亦长，快速性也不好。由表中调节时间可以看出，当时，调节时间最小，快速性最好，为最佳阻尼比。

（3）、从图中可以看出，瞬态分量随着时间的增长减少。对于实验中的二阶欠阻尼和临界阻尼情况，单位阶跃响应稳态误差为0.

八、收获、体会及建议

通过这次自控实验，我学习了解掌握了一阶和二阶的阶跃响应，形象化了对自控原理的了解，有助于对自控原理的学习，还初步了解了MATLAB的强大的功能，激励促进我对MATLAB的进一步的学习。总之自控实验使我受益匪浅，但也有一些小差错，由于对原理没有熟悉了解和对MATLAB的陌生，实验的不甚理想，总的来说，还算顺利。

 

第二篇：自控原理二阶系统阶跃响应及性能分析实验报告

广州大学学生实验报告

开课学院及实验室：工程北531                    20##年 11 月 30日