現(xiàn)代控制理論實(shí)驗(yàn)

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1、<現(xiàn)代控制理論>實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：____莫翰林____學(xué)號(hào)：________專(zhuān)業(yè)：__機(jī)械制造及其自動(dòng)化__指導(dǎo)教師：___鄭華文__1、根據(jù)在實(shí)驗(yàn)箱搭建的各典型環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)電路圖，得到的試驗(yàn)曲線(xiàn)，其并對(duì)其進(jìn)行仿真分析,對(duì)比二者得到結(jié)論（將試驗(yàn)曲線(xiàn)插入表中，并作分析）。典型環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)電路圖實(shí)驗(yàn)時(shí)域曲線(xiàn)比列環(huán)節(jié)分析：理論輸出電壓，實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)通道1電壓為0.97V，數(shù)據(jù)通道2電壓為0.98V，計(jì)算的比例系數(shù)為K=1.01，相對(duì)誤差為1%<5%實(shí)驗(yàn)參數(shù)R1=100kR2=100k比例系數(shù)K=R2/R1=1積分環(huán)節(jié)分析：實(shí)驗(yàn)中得數(shù)據(jù)通道1電壓為0.99V，數(shù)據(jù)通道2電

2、壓為0.99V，積分時(shí)間為1.0284s。所以，積分環(huán)節(jié)的輸出量與其輸入量對(duì)時(shí)間的積分成正比實(shí)驗(yàn)參數(shù)R=100kC=10uF積分時(shí)間常數(shù)TI=1s傳遞函數(shù)G(s)=U0(S)/Ui(S)比列積分環(huán)節(jié)分析：實(shí)驗(yàn)中坐標(biāo)2數(shù)據(jù)通道1電壓為2.95V，數(shù)據(jù)通道2電壓為0.99V，積分時(shí)間為1s。所以，比例積分環(huán)境有著積分環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)優(yōu)點(diǎn)，比例部分能迅速響應(yīng)，積分部分又能消除穩(wěn)態(tài)誤差。實(shí)驗(yàn)參數(shù)R1=100kR2=100kC=10uF比例系數(shù)K=R2/R1=1積分時(shí)間常數(shù)TI=1S傳遞函數(shù)G(s)=R2/R1*(1+1/(R2CS))比例微分(PD)環(huán)節(jié)分析：實(shí)驗(yàn)中坐標(biāo)2

3、數(shù)據(jù)通道1電壓為-0.24V，數(shù)據(jù)通道2電壓為1.01V，積分時(shí)間為0.1s。所以，比例積分環(huán)境有著積分環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)優(yōu)點(diǎn)，比例部分能迅速響應(yīng)，積分部分又能消除穩(wěn)態(tài)誤差。實(shí)驗(yàn)參數(shù)R1=100kR2=100kC=1uF比例系數(shù)K=R2/R1=1微分時(shí)間常數(shù)Td=1s傳遞函數(shù)G(s)=K(1+TS)=R2/R1*(1+R1CS)比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)分析：實(shí)驗(yàn)中坐標(biāo)2數(shù)據(jù)通道1電壓為2.17V，數(shù)據(jù)通道2電壓為1.04V，積分時(shí)間為0.1s。在PID調(diào)節(jié)中，比例環(huán)節(jié)擬制住干擾的擴(kuò)大，積分環(huán)節(jié)起消除余差的作用，微分調(diào)節(jié)有超前作用，可以用來(lái)克服容量滯后的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)參

4、數(shù)R1=100kC1=1uFR2=100kC2=1uF比例系數(shù)K=(R1C1+R2C2)/R1C2=1.1積分時(shí)間常數(shù)TI=1s微分時(shí)間常數(shù)Td=0.1s傳遞函數(shù)G(s)=Kp+1/T1S+TdS慣性環(huán)節(jié)分析：實(shí)驗(yàn)中坐標(biāo)2數(shù)據(jù)通道1電壓為0.62V，數(shù)據(jù)通道2電壓為0.99V，積分時(shí)間為1s。即慣性環(huán)節(jié)越大，時(shí)間常數(shù)越大，延遲的時(shí)間也越大。實(shí)驗(yàn)參數(shù)R1=100kC1=10uF比例系數(shù)K=R2/R1=1時(shí)間常數(shù)T=1s傳遞函數(shù)G(s)=U0(S)/U1(S)=K/(TS+1)2、為什么實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)與理論曲線(xiàn)有一定誤差？如何減小實(shí)驗(yàn)中的誤差?答：首先，因?yàn)檫x擇的電

5、子元件器件參數(shù)有誤差；其次，每個(gè)元器件都會(huì)受溫度的影響，產(chǎn)生誤差；最后，由于線(xiàn)路接觸不良或操作不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生誤差。所以輸入輸出曲線(xiàn)，無(wú)法與理論曲線(xiàn)完全一致。減小誤差的方法：（1）必須嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟規(guī)范操作；（2）確保試驗(yàn)線(xiàn)路接觸良好；（3）在積分環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)前一定要用“鎖零單元”對(duì)積分電容進(jìn)行鎖零。3、根據(jù)二階系統(tǒng)線(xiàn)性定常系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路，并寫(xiě)出閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)。閉環(huán)傳遞函數(shù)：4、根據(jù)測(cè)得系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，分析分別在不同狀態(tài)下，讀出其瞬態(tài)響應(yīng)參數(shù)（峰值時(shí)間tp、超調(diào)量Mp、調(diào)整時(shí)間ts），與仿真曲線(xiàn)比較，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做簡(jiǎn)單分析。實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)仿真曲線(xiàn)

6、（=0.2，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)）tp=0.3094Smp=0.49ts=1.9900S=0.2，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)呈振蕩衰減形式。在0.30944s達(dá)峰值狀態(tài)，其超調(diào)量為53%左右。在1.9900s時(shí)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。與仿真圖相比，圖形是一樣的，但峰值時(shí)間和超調(diào)量有微小變化。這是由實(shí)驗(yàn)誤差引起的。實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)仿真曲線(xiàn)（=1，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)）T=0.4624S=1，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)是一條單調(diào)上升的指數(shù)曲線(xiàn)。系統(tǒng)在0.9114s時(shí)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。與仿真圖相比，仿真圖依然有一定的超調(diào)量，但是超調(diào)量非常小，這是由實(shí)驗(yàn)誤差引起的。實(shí)

7、驗(yàn)曲線(xiàn)仿真曲線(xiàn)（=2，系統(tǒng)處于過(guò)阻尼狀態(tài)）T=0.4624S=2，系統(tǒng)處于過(guò)阻尼狀態(tài)。系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)是一條單調(diào)上升的指數(shù)曲線(xiàn)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)無(wú)超調(diào)產(chǎn)生，調(diào)整時(shí)間為1.723s。與仿真圖相比，圖形一致，時(shí)間參數(shù)大致相同。5、寫(xiě)出下圖電路圖的狀態(tài)空間表達(dá)式，何為系統(tǒng)的能控？何為系統(tǒng)能觀？階躍伏數(shù)R3UabUcd1V1k0.474-0.0892k0.44803k0.4310.0582V1k0.9500.1782k0.89703k0.8630.116狀態(tài)空間表達(dá)式：式中：能控：u（t）對(duì)狀態(tài)變量x（t）的控制能力，如果對(duì)于系統(tǒng)任意的初始狀態(tài)，可以找到一個(gè)容許的輸入量

8、，在有限的時(shí)間內(nèi)把系統(tǒng)所