机电控制工程基础实验报告 自控实验一x_

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 实验编号 同组同学

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,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间Ts

2、 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%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，通过调节和的不同取值，使得的值分别为0.2,0.51,1.0。记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中取正负5%误差带，按照经验公式取

2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试

系统传递函数为：

令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图：

二阶系统的模拟电路图如下：

在实验过程中，取，则，即；在实验当中取，通过调整取不同的值，使得分别为0.25,0.5,0.707,1,观察并记录阶跃响应曲线，记录所测得的实验数据以及其性能指标，

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、导线若干。

五、实验步骤：

1、熟悉电子模拟机的使用，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，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大 器接成比例器。

3、将D/A输出端与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。线路接好后，经教师检查后再通电。

4、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。

5、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。

6、观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格。

7、分析数据，绘制实际特性曲线，得出结论。

六．实验结果

1、模拟一阶系统信号的系统动态响应

T

0.25s

0.5s

1.0s

C

1μF

1μF

1μF

R2

250 KΩ

500KΩ

1MΩ

Ts实测

0.7750s

1.5160s

3.0570

Ts理论

0.75s

1.5s

3.0s

阶跃响应曲线

2、模拟二阶系统信号的系统动态响应(表中的理论值由MATLAB理论仿真得到)

0.25

0.5

0.707

1.0

1μF

1μF

1μF

1μF

2

1

707KΩ

500KΩ

实测

43.8257

15.9806

4.2840

0

理论

44.3410

16.3033

4.3255

0

实测

11.0335s

5.4235s

2.5860s

4.9035s

理论

10.7762s

5.2874s

2.9293s

4.7422s

阶跃响应

曲线

七、结果分析

（一）实验实测数据与理论数据误差在允许范围内，近似公式得到了验证，实验产生误差的原因有以下几点：

实验采集数据前按下电容放电的复位键不及时，有电量残留

实验过程中采用的电位器电阻测量不太准确

与数据采集过程中的电噪声有关。

由于其他因素导致的电阻变化，比如温度等

（二）一阶系统阶跃响应没有超调量，其性能指标主要是调节时间，特性由T确定，T越大，过渡过程进行得越慢，系统的快速性越差。二阶系统的性能指标主要包括超调量和调节时间。对于欠阻尼二阶系统，其单位阶跃响应曲线具有振荡特性，阻尼比越大，超调量越小，振荡越弱。当wn一定时，先随的增大而减小，当=0.707时，达到最小值，之后随的增大而增大。当=1时，系统为二阶临界阻尼系统，阶跃响应无振荡。

八、收获、体会及建议

通过这次实验，一方面我对课堂上所学的自动控制的知识有了更深的认识，不至于仅局限于书本上的内容；另一方面，提高了动手能力，在实验中电路的连接不能犯错误，同时要能找到问题，排除故障。

在实验过程中，我发现实验设计与器材有些不太匹配的地方，比如电阻的设置太少，而采用电位器的结果又不太精确，容易造成误差，建议设置的定值电阻更多更合理些。