2014-2015学年第二学期 自 动 控 制 原 理
实验报告
姓名:王丽 学号:20122527 班级:交控3班 指导教师:周慧
实验一:典型系统的瞬态响应和稳定性
1. 比例环节的阶跃响应曲线图(1:1)
比例环节的阶跃响应曲线图(1:2)
2. 积分环节的阶跃响应曲线图(c=1uf)
3. 比例积分环节的阶跃响应曲线图(c=1uf)
比例积分环节的阶跃响应曲线图(c=2uf
)
4. 惯性环节的阶跃响应曲线图(c=1uf)
惯性环节的阶跃响应曲线图(c=2uf)
5. 比例微分环节的阶跃响应曲线图(r=100k
)
比例微分环节的阶跃响应曲线图(r=200k
)
6. 比例积分微分环节的阶跃响应曲线图(r=100k)
比例积分微分环节的阶跃响应曲线图(r=200k)
实验结论
1. 积分环节的阶跃响应曲线图可以看出,积分环节有两个明显的特征: (1)输出信号是斜坡信号
(2)积分常数越大,达到顶峰需要的时间就越长
2. 比例积分环节就是把比例环节与积分环节并联,分别取得结果之后再叠加起来,所以从图像上看,施加了阶跃信号以后,输出信号先有一个乘了系数K的阶跃,之后则逐渐按斜坡形式增加,形式同比例和积分的加和是相同的,因而验证了这一假设。
3. 微分环节对于阶跃信号的响应,在理论上,由于阶跃信号在施加的一瞬间有跳变,造成其微分结果为无穷大,之后阶跃信号不再变化,微分为0,表现为输出信号开始衰减。 4. PID环节同时具备了比例、积分、微分三个环节的特性,输出图像其实也就是三个环节输出特性的叠加。三个环节在整个系统中的工作实际上是相互独立的,这也与它们是并联关系的事实相符合。
5.惯性环节的传递函数 输出函数:
可以看到,当t→∞时,r(t)≈Ku(t),这与图中的曲线是匹配的。
实验心得
通过本实验我对试验箱更加熟悉,会连接电路;更直观的看到电路的数学模型和电路的响应曲线图三者之间的关系,这让我能够将在此之前所学的知识联系到一起。不管是什么电路,如果要研究它首先就是得到它的数学模型,然后再通过对数学模型的研究间接的来研究该电路。验证电路,我们可以通过电路的响应曲线图来直观的判断。
实验二:典型系统的瞬态响应和稳定性分析
1. 典型二阶系统(r=10k)
(r=20k)
(r=40k)
(r=120k)
2. 典型三阶系统(r=10k)
(r=34k)
实验总结
实验所得超调量比理论值大,说明实验软件并不准确,可能是阻尼比偏小。
理论上,可得,在R=41.76K时,系统的响应曲线是等幅振荡,当Rx>41K时,系统趋于稳定,当Rx
实验心得
在二阶系统中我们可以调节电阻值,得到图形。增大放大系数可以减小稳态误差加快响应速度,但是放大系数过大会影响系统的稳定。在该实验的三阶系统中也是一样,一般来讲高阶的系统其实在一定的情况下可以降低近似为二阶系统,所以我们通过改变可调电阻R的值,可以使系统从不稳定,变化到临界稳定,最后再变化到稳定,可见,系统的参数对系统的动态响应有很大的影响,系统的动态响应由系统的结构和参数所决定。
实验三:系统校正的研究
1. 未校正系统( Mp=64% Ts=4.469s 与理论值相近
)
2. 校正后系统( Mp=6%
Ts=0.703s )
3. 改变校正装置的c=1uf (电容变小,则频率Wn减小变小
)
实验四:线性系统的根轨迹分析
1. 直接测量法(波特图和极坐标
)
2. 间接测量法(波特图和极坐标
)
实验七:状态反馈与极点配置
1. 极点配置前
2. 极点配置后
实验八:采样系统的分析与校正研究
1. 信号的采样保持 (T
)
(T=20ms时
)
(T>20ms时
)
2. 闭环采样控制系统 (T=5ms 阶跃峰值=3.23V 输出峰值=5.13 Mp=58.8%)
(T=30ms 阶跃峰值=3.18V 输出峰值=5.79v Mp=82.1%)
(T=150ms)
实验九:采样控制系统的校正
1. 未校正系统
2. 校正后系统 (输出峰值=4.3稳定电压=3.1
Mp=38.7%)
实验总结
信号的采样保持实验中,采样周期越大,失真度越高。 闭环采样控制系统实验中,特征方程式的根与采样周期 T 有关,若特征根的模均小于 1,则系统稳定,若有一个特征根的模大于 1,则系统不稳定,因此系统的稳定性与采样周期 T 的大小有关, 采样周期越大系统超调量越大。
实验十:典型非线性环节
1. 继电特性
2. 饱和特性
3. 死区特性
4. 间隙特性
实验十一:非线性系统分析
1. 继电型非线性系统
2. 带速度负反馈的继电型非线性系统
小结
当继电型非线性系统加上速度负反馈可以减小超调量,即平稳性加大,缩短调节时间Ts,减小振荡次数,系统的快速性得到提高。
3. 饱和非线性系统
小结
由于饱和特性在大信号时的等效增益很低,故带饱和非线性的控制系统,一般在大起始偏 离下总具有收敛性质,系统最终可能稳定,最坏的情况是自振,而不会造成愈大的不稳定状态。当然,如果饱和点过低,则在提高系统平稳性的同时,将使系统的快速性和稳态跟踪精度有所下降。
实验十二:三阶非线性系统实验
1. 继电型非线性三阶系统 (振幅为:7.19v 周期为:3.3s)
3
2. 饱和型非线性三阶系统(振幅为:8.85v 周期为:4.1s)
减小线性部分增益(r=250k和r=200k
)
实验总结
用示波器分别观测继电型、饱和型三阶系统的自激振荡,可读出其T和Em,实验中如适当减小线性部分的增益,G(jw)曲线向右缩小,致使与-1/N(x)线不相交,则自振消失。 由于G(jw)曲线不再包围-1/N(x)线,闭环系统能够稳定工作。
在示波器上可看出系统的输出为衰减振荡,自激振荡随着线性部分增益的减小而消失。
实验十三:模拟PID闭环温度控制系统的设计和实现
实验总结:
当PWM单元的输入电压为1.2v~3.4v时将产生PWM脉冲输出,此时加热灯亮,输出波形跳变;当输入电压小雨1.2v时输出零电平,此时加热灯灭,输出波形不变。