中南大學(xué)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-閱讀頁
2025-03-17 15:02本頁面
【正文】 本思想是：盡管控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)不是正弦函數(shù)，而是其它形式的周期函數(shù)或非周期函數(shù)，但是，實(shí)際上的周期信號(hào)，都能滿足狄利克萊條件，可以用富氏級(jí)數(shù)展開為各種諧波分量；而非周期信號(hào)也可以使用富氏積分表示為連續(xù)的頻譜函數(shù)。 2． 線性系統(tǒng)的頻率特性 系統(tǒng)的正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)具有和正弦輸入信號(hào)的幅值比和相位差隨角頻率 ω由 0 變到∞ ) 變化的特性。所以只要把系統(tǒng)的傳遞函數(shù) ,令 s=jω即可得到我們把。當(dāng)ω由 0 到∞變化時(shí)， 幅值比隨頻率ω的變化特性成為幅頻特性， 相位差隨頻率ω的變化特性稱為相頻特性。 用來直接測(cè)量對(duì)象的輸出頻率特性，適用于時(shí)域響應(yīng)曲線收斂的對(duì)象（如：慣性環(huán)節(jié)）。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 本次實(shí)驗(yàn)利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的頻率特性測(cè)試虛擬儀器進(jìn)行測(cè)試，畫出對(duì)象波特圖和極坐標(biāo)圖。 1． 實(shí)驗(yàn)接線：按模擬電路圖 5 接線， TDACC+的接線： 將信號(hào)源單元的“ ST” 插針分別與“ S” 插針和“ +5V” 插針斷開，運(yùn)放的鎖零控制端“ ST” 此時(shí)接至示波器單元的“ SL” 插針處，鎖零端受“ SL”來控制。 將數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“ /CS”接至控制計(jì)算機(jī)的“ /IOY1”，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“ OUT1”， 接至圖 5 中的信號(hào)輸入端 . 裝 訂 線 21 2． 直接測(cè)量方法 (測(cè)對(duì)象的閉環(huán)頻率特性 ) (1) “ CH1” 路表筆插至圖 中 的 4＃運(yùn)放的輸出端。兩路信號(hào)的幅值系統(tǒng)將自動(dòng)讀出。 (4) 待所有參數(shù)測(cè)量完畢后，點(diǎn) 擊 按鈕，彈出波特圖窗口， 觀察所測(cè)得的波特圖，該圖由若干點(diǎn)構(gòu)成，幅頻和相頻上同一角頻率下兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一組參數(shù)下的測(cè)量結(jié)果。 2． 根據(jù)期望的時(shí)域性能指標(biāo)推導(dǎo)出二階系統(tǒng)的串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。 實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容 所謂校正就是指在系統(tǒng)中加入一些機(jī)構(gòu) 或裝臵 (其參數(shù)可以根據(jù)需要而調(diào)整 )，使系統(tǒng)特性發(fā)生變化，從而滿足系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。串聯(lián)校正是在主反饋回路之內(nèi)采用的校正方式，串聯(lián)校正裝臵串聯(lián)在前向通路上，一般接在誤差檢測(cè)點(diǎn)之后和放大器之前。 對(duì)應(yīng)的模擬電路圖 裝 訂 線 28 由圖可知系統(tǒng)開環(huán)傳函： ，系統(tǒng)閉環(huán)傳函： 系統(tǒng)的特征參量： ω n＝ , ξ＝ 系統(tǒng)的性能指標(biāo)： M p＝ 60％， tS＝ 4s，靜態(tài)誤差系數(shù) Kv＝ 20 (1/s) 要求采用串聯(lián)校正的方法，使系統(tǒng)滿足下述性能指標(biāo)： Mp≤ 25％， tS≤ 1s，靜態(tài)誤差系數(shù) Kv≥ 20 (1/s) 3． 串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的理論推導(dǎo) 由公式 ， 得： 設(shè)校正后的系 統(tǒng) 開 環(huán) 傳 函 為 ： ， 由 期 望 值 得 ：校正后系統(tǒng)的閉環(huán)傳函為： 取ξ＝ ，則 T ＝ ， ω n＝ 20 滿足 ω n≥ 10，得校正后開環(huán)傳函為： 因?yàn)樵到y(tǒng)開環(huán)傳函為： 裝 訂 線 29 且采用串聯(lián)校正，所以串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳函為： 加校正環(huán)節(jié) 后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖為： 對(duì)應(yīng)的模擬電路圖：見圖 實(shí)驗(yàn)步驟 1. 將信號(hào)源單元的“ ST” 端插針與“ S” 端插針用“短路塊” 短接。 將開關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“ OUT”端輸出的方波幅值為 1V，周期為 10s 左右。 (1) 按圖 接線。 (2) 用示波器的“ CH1”和“ CH2”表筆測(cè)量輸入端和輸出端。 3. 測(cè)量校正系統(tǒng) 的性能指標(biāo)。將 1 中的方波信號(hào)加至輸入端。計(jì)算響應(yīng)曲線的超調(diào)量 MP和調(diào)節(jié)時(shí)間 tS， 是否達(dá)到期望值，若未達(dá)到，請(qǐng)仔細(xì)檢查接線 (包括阻容值 )
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