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1、成绩 北 京 航 空 航 天 大 学自动控制原理实验报告学 院 机械工程及自动化专业方向工业与制造系统工程班 级 120715 学 号 12071136 学生姓名 刘嘉蕾 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 2014.11.5 实验编号 36 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，观测并记录不同时间常数T时的跃响应曲线，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
2、录不同阻尼比时的跃响应曲线，测定其超调量%及过渡过程时间Ts。三、实验原理1、一阶系统阶跃响应性能指标的测试：系统的传递函数为:模拟运算电路如下图 :其中,。在实验中，始终保持即，T=C，通过调节和的不同取值，使得的值分别为0.25、0.5、1。理论调节时间：。2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试：系统传递函数为：令n = 1 rad/s，则系统结构如下图：二阶系统的模拟电路图如下：取 ，则 ， .在实验当中取R1=510K，通过调整取不同的值，使得分别为0.25、0.5、1.超调量和调节时间的理论值：.四、实验设备1、HHMN-1型电子模拟机一台。2、PC机一台。3、数字万用表一块。4、导线若
3、干。五、实验步骤1、熟悉HHMN-1电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。 2、断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，并填入表格。3、按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端Uo连接。4、线路接好后，经再次检查（主要是用万用表测电阻），确认无误后通电。 5、在WindowsXP桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。6、在系统菜单中打开“实验项目”项，选择实验一，在窗口左侧选择实验模型，将终值改成1（单位阶跃）；特别的，二阶系统模拟时
4、将测量时间改为30s。7、点击“编译”，“连接”，然后“复位”，即可开始模拟测量。8、待测完后，用MATLAB绘制响应曲线图，并保存。9、在命令窗口输入OS,ts,tr=stepspecs(rt_time,rt_output,rt_output(end),5)计算调节时间和超调量，记录数据。10、待老师检查无误后，断电，整理仪器，收拾试验台。六、实验结果1、模拟一阶系统信号的系统动态响应T/s0.250.51R2 250 K500 K1 MC1 f1 f1 f实测0.7440 s1.5320 s3.0565 s理论0.7500 s1.5000 s3.0000 s阶跃响应曲线如图（1）如图（2）
5、如图（3）相对误差： T=0.25时：T=0.5时：T=1时：整体相对误差较小。(图见下页)图（1）图（2）图（3）2、模拟二阶系统信号的系统动态响应0.250.5121501f1f1f实测44.254316.62590理论44.434416.30340实测11.2055 s5.4755 s5.0055 s 理论14.0s / 10.5s7.0 s / 5.3s3.5s /4.8s阶跃响应曲线如图（4）如图（5）如图（6）说明：. 理论值是按照经验公式（Ts按照5%误差带）的计算结果。 试计算中“理论”误差太大，明显不合理，故按教材表3-18查得，写在经验值之后。. 系统有0.5 s迟滞，在计
6、算实测值时已减去。相对误差：0.25时，0.4， 4.28， =19.96%0.5时， 1.9， 3.31， =21.78%1时， 0， 6.71， =43.01%注：按查表所得“理论值”计算；按经验公式所得“理论值”计算得。(图见下页)图（4） 图（5）图（6）七、结果分析在一阶系统的动态响应当中，调节时间的实测值与按照经验公式的计算值很接近，误差很小，说明在一阶系统当中用经验公式估算系统调节时间还是比较准确的。在二阶系统的动态响应当中，不难看出，超调量的实测值与理论值（经验值）很接近。但是，调节时间的理论值（经验值）与实测值有较大误差，这一方面，是因为理论值本来就是经验公式计算所得，并不完
7、全准确；另一方面，可能与在开始实验采集数据按下电容放电的复位键、实验过程中电路连接中产生较大的接入电阻、数据采集过程中的电噪声等因素有关。 八、收获、体会及建议这是自动控制原理的第一次实验课，接触到了新的仪器和设备，但，实验中，我们并不要求去理解那些特别深奥的原理，只需要按照既定的参数和原理图，连接好电路，简单的操作就可以完成整个实验。说起来特别简单，可是实际做起来，还是有不少的潜在问题。比如说，一阶系统和二阶系统各有三组实验，但是各只需要编译一次程序，而我因为对此不清楚，就每次都编译，后来问了老师，才得以确认。我那么做虽然也没错，但是浪费了本就紧张的试验时间。在一阶系统实验做完后，整个线路需
8、要重新连接，我出于好意，为了省电，就把电源开关关掉了，等到线路连好后，没注意开关状态，就直接编译连接运行，傻傻的等了一分钟，虽然出了结果，可是绘图却是蝴蝶形的蓝色图案，与理论分析相差甚远，我虽然知道弄错了，可是却没有及时准确的发现问题，以为是忘了按复位键，又试了一次，结果还是不对，才察觉到电源没开，恍然大悟。以后做实验，一定提前要预习，对实验内容要大致了解，不能一问三不知就进实验室。做实验时一定要细心，头脑要清晰，不要着急，镇定完成实验。出了问题，要用自己的大脑和双手去去解决问题，这样才能有所提高。一点建议：如果实验室能够开放，让大家提前熟悉实验仪器，或能取得更好的效果。感谢老师的帮助和指导！