成绩
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自动控制原理实验报告

学 院 机械工程及自动化学院
专业方向 机械工程及自动化
班 级
学 号
学生姓名 刘帆

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年11月15日 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:()s()1CsKRsTs（）=
模拟运算电路如下图 :

其中21RKR,2TRC;在实验中，始终保持21,RR即1K，通过调节2R和C的
不同取值，使得T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3stT
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22321,1RCRC，则442312RRCR，即4212RC；在实验
当中取123121,1RRRMCCF，通过调整4R取不同的值，使得分别
为0.25,0.5,0.707,1；记录所测得的实验数据以及其性能指标，取正负5%误差

带，其中当ζ<1时经验公式为213.5%100%,snet，当ζ=1时经验公式

为n4.75ts
四、试验设备：
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．实验数据记录与处理

1、模拟一阶系统信号的系统动态响应
T
0.20

0.51 1.0

R2
200KΩ

510KΩ 1MΩ

C
1μ
1μ 1μ

Ts理论 0.60s 1.53s 3s
Ts实测 0.6245s 1.6140s 3.1030s
实测值
阶跃响
应曲线
2、模拟二阶系统信号的系统动态响应

0.25 0.5 0.707 1

4
R
2M 1M 707KΩ 500KΩ

2
C
1 1 1 1
%

理论值

44.434 16.303 4.325 0

%

实测值

43.0434 15.6627 4.0964 0

s
t
理论值
14.0s 7.0s 4.95s 4.75s

s
t
实测值
13.81s 6.7725s 4.5725s 5.025s

实测值阶跃
响应曲线

七、实验结果分析
实验实测数据与理论数据误差在允许范围内，实际响应曲线与理论曲线基本
重合，近似公式得到了验证，实验产生误差的原因有以下几点：
1. 可能与在开始实验采集数据前按下电容放电的复位键不及时
2. 实验过程中采用的电位器电阻测量不太准确
3. 由于其他因素导致的电阻变化，比如温度等
八、收获、体会及建议
通过这次试验，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，
不至于局限于书本上的内容；另一方面，提高了动手能力，电路的连接要求不能
犯错误，同时会找到问题，排除故障。
在实验过程中，我也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。