实    验    报    告

实验名称               线性系统的校正                                                      

第二篇：自动控制原理实验报告

机械电子工程本科专业

《自动控制原理》实验报告

姓 名                  

学 号                  

分 校                  

上海开放大学

实验一  典型环节的特性分析

一、实验目的

 1. 掌握运用模拟机模拟各种典型环节的方法；

 2. 掌握阶跃响应测试方法；

 3.了解各典型环节参数变化对各典型环节特性的影响；

 4. 熟悉并掌握模拟仿真实验所用实验仪器的使用方法 。

二、实验仪器  

1. THBDC-1型 信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台；

2. 双踪慢扫描示波器 1台；

3. 数字万用表 1只。

三、实验原理

根据数学模型的相似原理，将运算放大器、电阻和电容作适当组合，模拟各典型环节，然后加入阶跃信号，测试各典型环节阶跃响应曲线。

四、实验内容

1. 比例(P)环节

比例环节的传递函数:

比例环节的模拟电路图如下 ：

图中，后级为反相器。通过改变电路中，的阻值可改变放大系数K。

实验参数： 

2. 积分环节

积分环节的传递函数:

积分环节的模拟电路图如下：

图中，后级为反相器。其中T=RC，通过改变R、C的值可改变响应曲线的上升斜率。

实验参数： =1 s；   =2 s。

3. 惯性环节

惯性环节的传递函数：

惯性环节的模拟电路图如下:

图中，后级为反相器。其中:  1 ， ，通过改变，和C的值可改变惯性环节的放大系数K和时间常数T。

实验参数：=1 ，  =1 s；

          =1，  =0.5 s。

          =2，  =0.5 s。

4. 比例积分（PI）环节

 

比例积分环节的传递函数:

比例积分环节的模拟电路图如下：

图中，后级为反相器。其中，，，通过改变，和C的值可改变比例积分环节的放大系数K和积分时间常数T。

实验参数：=1 ， =1 s；     

=2，  =1 s。

五、实验步骤

 1. 根据各典型环节的传递函数和所给出的实验参数，利用实验平台上的模拟电路单元，构建各典型环节的模拟电路；检查电路接线无误后,接通实验平台的电  源开关，并开启±5V，±15V直流稳压电源；

2. 调节阶跃信号Ui幅度(1V)，将阶跃信号 Ui 接入所模拟环节的输入端，将示波器接入所模拟环节的输出端；

 3. 按下阶跃信号按钮，观测和记录典型环节的阶跃响应曲线。

六、实验要求

记录测得的各典型环节单位阶跃响应曲线

*七、实验结果分析

分析参数变化对各环节动态特性的影响

*八、实验思考题

1. 惯性环节在什么条件下，可以近似地视为积分环节？而又在什么条件下，惯性环节可以近似地视为比例环节？

2. 在积分环节和惯性环节实验中，如何根据阶跃响应曲线，来确定积分环节和惯性环节的时间常数？

实验二  二阶系统的动态特性分析

一、实验目的

1．通过模拟电路模拟二阶系统，掌握运用模拟机模拟线性控制系统的方法；

2．通过实验了解系统参数（阻尼比）、 (自然频率)变化对二阶系统动态性能的影响；

3．掌握二阶系统超调量、调节时间等动态性能指标的测试方法。

二、实验仪器

 1. THBDC-1型 信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台；

 2. 双踪慢扫描示波器 1台；

 3. 数字万用表 1只。

三、实验原理

根据数学模型的相似原理，将运算放大器、电阻和电容作适当组合，模拟二阶系统，然后加入阶跃信号，测试二阶系统阶跃响应曲线。

四、实验内容

二阶系统的传递函数：

二阶系统的结构图如下：

其中、与之间关系为 ：

二阶系统模拟电路图如下：

图中，，  ;

实验参数：=1 s ； =10 ， =5，=0.213。

五、实验步骤

1．根据二阶系统的传递函数和所给出的实验参数，利用实验平台上的模拟电路单元，构建二阶系统的模拟电路；检查电 路接线无误后,接通实验平台的电源开关并开启±5V，±15V直流稳压电源；

2. 调节阶跃信号 Ui 幅度(3V) , 将阶跃信号 Ui接入所模拟二阶系统的输入端，将示波器接入所模拟二阶系统的输出端；

3. 按下阶跃信号按钮，观测和定量记录二阶系统的阶跃响应曲线。

六、实验要求

 记录实验数据和结果

*七、实验结果分析

将实验结果与理论曲线进行分析比较

*八、实验思考题

1. 开环增益K对系统性能有什么影响?

2. 如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？

3. 在电路模拟控制系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？

实验三  线性控制系统的串联校正

一、实验目的

1. 了解串联校正的分析和设计方法；

2. 掌握校正装置的电路模拟方法；

3. 通过实验了解校正装置的结构、 特性和对系统性能的影响。

二、实验仪器

1. THBDC-1型 信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台；

2. 双踪慢扫描示波器 1台；

3. 数字万用表 1只。

三、实验原理

根据数学模型的相似原理，将运算放 大 器、电阻和电容作适当组合，模拟待校正系统、校正装置和校正后系统，然后加入阶跃信号，分别测试待校正系统、校 正装置和校正后系统阶跃响应曲线。

四、实验内容

串联校正系统的结构图如下：

1、  图中校正装置Gc(s)与被控对象Go(s)是串联相接。

2、串联校正装置有两种：

Ø  超前校正:利用超前校正装置的相位超前特性来改善系统的动态性能；

Ø  滞后校正:利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性，使系统在满足静态性能的前提下又能满足其动态性能的要求。

3、  本次实验只进行串联超前校正实验：

待校正系统的闭环传递函数：

待校正系统模拟电路图参见实验二。

串联超前校正装置传递函数 ：

 

串联超前校正装置模拟电路图如下：

图中： =1000 k， =510 k，   =100 k，C=1μf。

五、实验步骤

1. 根据待校正系统的传递函数、串联校正装置传递函数和校正后系统传递函数，分别利用实验平台上的模拟电路单元，构建相应的模拟电路；检查电路接线无误后,接通实验平台的电源开关，并开启±5V，±15V直流稳压电源；

2. 调节阶跃信号 Ui 幅度(3V),将阶跃信号Ui 接入相应所模拟的待校正系统、串联校正装置和校正后系统的输入端，将示波器接入相应所模拟的待校正系统、串联校正装置和校正后系统的输出端；

3. 按下阶跃信号按钮，观测和定量记录待校正系统、串联校正装置和校正后系统的阶跃响应曲线。

六、实验要求

1、根据串联校正系统的结构图、串联超前校正装置模拟电路图和待校正系统模拟电路图，自行设计校正后系统的模拟电路图。

2、记录实验结果，画出校正前后系统的阶跃响应曲线，比较校正前后系统性能指标变化。

*七、实验结果分析

根据实验所得的校正后系统性能指标与理论计算值作比较

*八、实验思考题

1 . 加入超前校正装置后，系统的性能指标有什么变化？

2. 实验时所获得的校正后系统性能指标为何与理论设计有差异?