自控原理實(shí)驗(yàn).pdf

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1、實(shí)驗(yàn)一、典型環(huán)節(jié)的軟件仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握典型環(huán)節(jié)的軟件仿真方法(2)學(xué)習(xí)由階躍響應(yīng)計(jì)算典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容構(gòu)成慣性環(huán)節(jié)、比例-積分環(huán)節(jié)、比例-微分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖所示。CF=1μR2CF=1μRR22200kΩ200kΩUR200kΩr1UR1R-r1UcUcU100kΩ100kΩr100kΩU+cCF=1μ慣性環(huán)節(jié)模擬電路圖PI環(huán)節(jié)模擬電路圖PD環(huán)節(jié)模擬電路圖(1)計(jì)算各電路的傳遞函數(shù)(2)用MATLAB仿真典型環(huán)節(jié)(3)繪制各典型環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)曲線三、實(shí)驗(yàn)要求觀察并記錄慣性環(huán)節(jié)、比例-積分環(huán)節(jié)、比例-微

2、分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。四、實(shí)驗(yàn)思考慣性環(huán)節(jié)在什么條件下可視為比例環(huán)節(jié)？能否進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證？實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)的動態(tài)過程分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握二階控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)的測試技術(shù)。(2)定量分析二階系統(tǒng)的阻尼比ξ和無阻尼自然頻率ω對系統(tǒng)動態(tài)性能的影n響。(3)加深理解“線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性只與其結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，而與外作用無關(guān)”的性質(zhì)。(4)了解與學(xué)習(xí)二階控制系統(tǒng)及其階躍響應(yīng)的MATLAB仿真和SIMULINK實(shí)現(xiàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)分析典型二階系統(tǒng)Gs()的ξ和ω變化時(shí)，對系統(tǒng)的階躍響應(yīng)的影響。n2ωnGs()=22ss++2ξωωn

3、n(2)設(shè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，若要求系統(tǒng)具有性能σ%2==0%,1ts，試p確定系統(tǒng)參數(shù)K和τ，并計(jì)算單位階躍響應(yīng)的特征量t，t，t。drsR()sKCs()ss(1+)1+τs三、實(shí)驗(yàn)要求(1)針對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)，記錄ξ和ω變化時(shí)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線以及所測n得的響應(yīng)的超調(diào)量、峰值時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間的值，分析ξ和ω對系統(tǒng)性能指標(biāo)的影n響。選取ω=10rads/不變，ξ分別為0，0.25，0.5，0.7，1，2這6個不同參數(shù)進(jìn)n行分析。(2)對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(2)，分別用理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)仿真進(jìn)行求解。四、實(shí)驗(yàn)思考分析通常采用系統(tǒng)的階躍響

4、應(yīng)特性來評價(jià)其動態(tài)性能指標(biāo)的原因。實(shí)驗(yàn)三、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象(2)了解系統(tǒng)的開環(huán)增益和時(shí)間常數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響(3)研究系統(tǒng)在不同輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差的變化(4)掌握系統(tǒng)型別及開環(huán)增益對穩(wěn)態(tài)誤差的影響二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)分析開環(huán)增益K和時(shí)間常數(shù)T改變對系統(tǒng)穩(wěn)定性及穩(wěn)態(tài)誤差的影響。系10K統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：Gs()=ssT(0.1+1)(s+1)(2)分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)中系統(tǒng)型別改變對穩(wěn)態(tài)誤差的影響(3)分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)中系統(tǒng)在不同輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。三、實(shí)驗(yàn)要求(1)記錄各步驟中的響應(yīng)曲線(2)

5、對響應(yīng)曲線進(jìn)行分析，驗(yàn)證參數(shù)K、T及系統(tǒng)型別由于系統(tǒng)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差之間的關(guān)系四、實(shí)驗(yàn)思考影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差的因素有哪些？如何改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小和消除穩(wěn)態(tài)誤差？實(shí)驗(yàn)四、控制系統(tǒng)的根軌跡分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）熟練掌握使用MATLAB繪制根軌跡圖形的方法（2）進(jìn)一步加深對根軌跡圖的了解（3）掌握利用所繪制根軌跡圖形分析系統(tǒng)性能的方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用實(shí)驗(yàn)的方法求解。K系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：Gs()=。kss()0.2+10.5()s+1(1)繪制并記錄根軌跡；(2)確定根軌跡的分離點(diǎn)與相應(yīng)的根軌跡增益；(3)確定臨界穩(wěn)定時(shí)的根軌

6、跡增益。三、實(shí)驗(yàn)要求(1)記錄各系統(tǒng)的根軌跡圖；(2)根據(jù)根軌跡，分析閉環(huán)極點(diǎn)在s平面上的位置與系統(tǒng)動態(tài)性能的關(guān)系。四、實(shí)驗(yàn)思考加入開環(huán)極點(diǎn)或開環(huán)零點(diǎn)對系統(tǒng)的根軌跡圖形有何影響？對系統(tǒng)性能有何影響？實(shí)驗(yàn)五、控制系統(tǒng)的根軌跡（主導(dǎo)極點(diǎn)）法校正一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握連續(xù)系統(tǒng)的根軌跡法校正設(shè)計(jì)過程。(2)掌握用根軌跡法設(shè)計(jì)校正裝置的方法，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證校正裝置的正確性(3)了解MATLAB中根軌跡設(shè)計(jì)器的應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容K設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：Gs()=，試用根軌跡法ss()+20()s+5設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正裝置，使校正后系統(tǒng)滿足

7、：期望開環(huán)放大系數(shù)K≥18，ts≤0.4，sσ%≤25%。三、實(shí)驗(yàn)要求(1)了解根軌跡校正方法的有關(guān)內(nèi)容。(2)記錄原系統(tǒng)及加入校正后系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)。(3)記錄原系統(tǒng)及校正后系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，并加以分析。實(shí)驗(yàn)六、控制系統(tǒng)的頻率特性測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念。(2)掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測量方法。(3)了解從頻率特性求系統(tǒng)傳遞函數(shù)及參數(shù)的方法。(4)了解MATLAB測量系統(tǒng)頻率特性的方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。測試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，分析系統(tǒng)頻率特性。U1101U2Ks0.1s+1(2)用M

8、ATLAB軟件仿真求取一階慣性環(huán)節(jié)頻率特性和典型二階系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線，并與實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果比較。(自己選擇參數(shù))三、實(shí)驗(yàn)要求(1)由實(shí)驗(yàn)測量得到的幅相曲線推算系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及參數(shù)。(2)繪制對數(shù)幅頻特性曲線(Bode圖)，將實(shí)驗(yàn)曲線做漸近幅頻特性處