成绩
北京航空航天大学
自动控制原理实验报告
学院自动化科学与电气工程学院
专业方向电气工程及其自动化
班级120311
学号12031019
学生姓名毕森森
指导教师
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2014.10.28 实验编号29 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：系统传递函数为：
模拟运算电路如图1- 1所示：
图 1- 1
由图 1-1得
在实验当中始终取R
2= R
1
，则K=1，T= R
2
C，取时间常数T分别为： 0.25、
0.5、1。

2．二阶系统:
其传递函数为：
令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：
图1-2
根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：
图1-3
取R 2C 1=1 ，R 3C 2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1
四、实验设备
HHMN-1电子模拟机一台、PC 机一台、数字式万用表一块
五、实验步骤
1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路；
2. 将系统输入端 与D/A1相连，将系统输出端 与A/D1相；
3. 检查线路正确后，模拟机可通电；
4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。

5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。

6. 单击“确定”，进行实验。

完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。

六、实验结果
1、一阶系统。

012345678910
0.5
1
1.5
2
2.5
图
6- 2
图6- 3
图6- 4 2、二阶系统
0246
8101214161820
0.5
1
1.5
2
2.5
3
图6- 9 ξ=0.25
02468101214161820
0.5
1
1.5
2
2.5
图6- 10 ξ=0.5
02468101214161820
0.5
1
1.5
2
2.5
图6- 11 ξ=0.707
02468101214161820
0.5
1
1.5
2
2.5
图6- 12 ξ=1
七、结果分析
1、一阶系统实验结论： （1）、一阶系统单位阶跃响应是单调上升的曲线，其上升速度由时间常数τ唯一确定，τ越小，过渡过程的时间越短，τ越大，过渡过程时间越长。

（2）、由于，一阶系统的单位阶跃相应没有稳态误差，在图中表示为曲线最终与预期值重合。

2、二阶系统结论 （1）、平稳性：由响应曲线和超调量可以看出，阻尼比越大，超调量越小，阶跃响应的振荡倾向越弱，平稳性越好。

阻尼比越小，振荡倾向越强，平稳性越差。

（2）、快速性：由阶跃响应曲线和调节时间可以看出，过大，例如，值接近于1，系统响应迟钝，调节时间长，快速性差；过小，虽然相应的起始速度较快，但因为震荡强烈，衰减缓慢，调节时间亦长，快速性也不好。

由表中调节时间可以看出，当时，调节时间最小，快速性最好，为最佳阻尼比。

（3）、从图中可以看出，瞬态分量随着时间的增长减少。

对于实验中的二阶欠阻尼和临界阻尼情况，单位阶跃响应稳态误差为0.
八、收获、体会及建议
通过这次自控实验，我学习了解掌握了一阶和二阶的阶跃响应，形象化了对
自控原理的了解，有助于对自控原理的学习，还初步了解了MATLAB的强大的功能，激励促进我对MATLAB的进一步的学习。

总之自控实验使我受益匪浅，但也有一些小差错，由于对原理没有熟悉了解和对MATLAB的陌生，实验的不甚理想，总的来说，还算顺利。