西电自动控制原理实验讨论与思考题.doc

讨论与思考题
1、 写出各典型环节的微分方程（建立数学模型）。
答：比例环节：y(t)=k*r(t) （t>=0） 传递函数为：G(s)=Y(s)/R(s)=k
惯性环节：T*dy(t)/dt+y(t)=k*r(t) (t>=0) 传递函数：G(s)= Y(s)/R(s)=k/(T*s+1)
积分环节：y(t)=k* (t>=0) 传递函数：G(s)= Y(s)/R(s)=k/s=1/T*s
微分环节：y(t)=dr(t)/dt (t>=0) 传递函数：G(s)= Y(s)/R(s)= s
振荡环节：T^2*y(t)+2 (t>=0) 传递函数为：
2、 根据所描述的各典型环节的微分方程，你能否用电学、力学、热力学和机械学等学科中的知识设计出相应的系统？请举例说明，并画出原理图。
答：
（1）模拟电路中的放大电路为典型比例环节

U0=Rf/R1*Ui
(2)RC电路为典型惯性环节

（3）积分环节

机械位移系统,物体在外力F(t)作用下产生位移y(t)，写出运动方程.
m+f+ky(t)=F(t)

讨论与思考题
1、在本实验中，系统能否出现不稳定的情况，此时电阻值R的取值范围？
答：此次实验中不可能出现不稳定的情况，因为闭环传递函数的极点恒在s左半平面

2、在系统不稳定的情况，你能否通过改变其它元器件参数，使系统变得稳定？改哪些参数？如何改？请分别列出，并加以分析。
答：1、增加比例微分控制环节和速度反馈控制环节，减少原系统的震荡性和参数的漂移
3、利用MATLAB仿真，与实验中实测数据和波形相比较，分析其误差及产生的原因。
答：matlab仿真得到的数据与实测数据与波形相比较，大致相同，但是存在误差；可能是因为控制系统电子线路中元件的值有误差。

讨论与思考题
1、系统的性能指标不理想时，如何改变系统零、极点的位置使系统性能指标得到改善？在实际中是否可以无限制地改变系统零、极点的位置？请说明理由。
答：1、若要使系统稳定，则闭环极点都必须位于s左半平面。2若要提高系统的快速性，闭环极点要远离虚轴；要是平稳性好，震荡要小，则负数极点最好位于s平面中与负实轴成45夹角线附近。
2、在本实验中，系统不稳定的情况下，不增加零点，而是通过改变其它零、极点的位置，能否使系统稳定？如果可以，如何改变？如果不能，为什么？
答：通过改变零，极点的位置可以让系统稳定，因为若系统极点都在s平面内，系统稳定，所以只要将所有极点移到s左半平面就可以了。
2、 利用MATLAB仿真，与实验中实测数据和波形相比较，分析其误差及产生的原因。
答：matlab仿真得到的数据与实测数据与波形相比较，大致相同，但是存在误差；可能是因为控制系统电子线路中元件的值有误差。

4、利用MATLAB绘制根轨迹图。
稳定 C2=1uF C3=1uF：

稳定 C2=1uF C3=2uF:

稳定 C2=2uF C3=1uF:

稳定 C2=2uF C3=2uF:

临界稳定 C2=1uF C3=1uF:

临界稳定 C2=1uF C3=2uF:

临界稳定 C2=2uF C3=1uF:

临界稳定 C2=2uF C3=2uF:

讨论与思考题
1、通过实验你有何心得体会，发现了什么问题，有何改进意见？
答：通过自己亲自动手实验，进一步理解了二阶系统的性能指标同系统参数的关系，在理论的基础上又有了实践的经历，实验中经过一次次的修改，慢慢的完善。实验中有出现异常，与预期的结果不同，但我们小组经过不断的尝试完成了。
2、利用MATLAB仿真，与实验中实测数据和波形相比较，分析其误差及产生的原因。
答：matlab仿真得到的数据与实测数据与波形相比较，大致相同，但是存在误差；可能是因为控制系统电子线路中元件的值有误差。
3、利用MATLAB绘制波德图。
临界阻尼波德图

奈氏图

欠阻尼波德图

奈氏图

讨论与思考题
1、 比较相角超前校正网络与相角滞后校正网络（从目的、效果、优点、缺点、适用场合、不适用场合等几方面进行比较）？
答：超前校正的优点：使Wc滞后，快速性变好，增大，改善动态性能， 展宽中频段，平稳性变好。
滞后校正的优点：利用其高频衰减，降低中、高频段的增益，压低Wc，使增大，提高稳定性。缺点：降低了快速性。
2,、自行设计用作校正控制器的实用放大电路（PD、 PI 、PID）。
答：PD校正

PI校正

PID校正

讨论与思考题
1、根据所描述的各非线性典型环节，你能否用电学、力学、热力学和机械学等学科中的知识设计出相应的系统？请举例说明，并画出原理图。
例：确定图中非线性系统的自振荡振幅和频率

解：理想继电特性的描述函数为
N(A)=4xM/πA
由于

故-1/N(A)的轨迹为沿整个负实轴的直线
线性部分的频率特性

根据产生自持振荡的条件

得 2-ω2=0 解之得ω=1.4

将之代入Re[G(jω)] 得
由 得 A0=2.1
2、 利用MATLAB仿真，与实验中实测数据和波形相比较，分析其误差及产生的原因。

饱和特性

继电器特性

误差分析
1、实验图形没有仿真图形平滑，因为试验中电压变化是手动看扭动旋钮变阻器实现从-5—+5之间电压的变化。这样不能保证电压变化是平滑的。
2、仿真不考虑外界干扰，采用的也是理想信号源。
3、实验仪器本身存在误差。

讨论与思考题
利用MATLAB仿真，与实验中实测数据和波形相比较，分析其误差及产生的原因。
答：实验过程中，电路中的储能元件已存有能量，给实验波形带来误差。