創(chuàng)新性實驗總結報告

創(chuàng)新性實驗總結報告

大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目是本科學生個人或創(chuàng)新團隊，在導師的指導下，自主選題設計、獨立組織實施并進行信息分析處理和撰寫總結報告等工作，以培養(yǎng)學生提出問題、分析和解決問題的興趣和能力的項目。

我們團隊所選論文題目是“汾河水中微生物的檢測”，之所以選擇這個題目，是因為感覺它具有實際意義，可操作性強，而且在創(chuàng)新方面利于突破。在論文寫作以及實驗過程中，有時感覺很辛苦，有時還會產生放棄的念頭，但是最終堅持了下來，出色的完成了我們的項目。

開始是搜集資料。在指導老師的指點下，通過各種渠道開始準備工作通過網絡、圖書館搜集相關學術論文、核心期刊、書籍等。通過一個月的深入學習，搜集了一大堆與本項目相關的資料，在賀老師的指導下，摒棄了一些無關緊要的內容，保留了有參考價值的資料作為備用。在這段時期，我們各自分工。在中國知網上，搜索了一些學術論文和期刊文章；在Springer上，搜索了外文文獻資料，參考了一些論文樣本和一些論文設計總結；在常見的搜索引擎中，了解到一些相關的知識，同時特意瀏覽了大量的外文網站，并將這些內容列成提綱，便于以后查詢，以減少后期工作量。

接下來，我們開始對所搜集的資料進行整理、分析研究，并制作了課題研究的方案及實驗規(guī)劃，開題報告完成之后隨即進入緊張而有序的實驗過程之中。根據取其精華，去其糟粕的原則，撰寫了初稿，并加入了自己新穎的見解，特別是在實驗的過程中，吸取其它普通實驗過程的優(yōu)點，并加入我們自己的創(chuàng)新點。在此期間，我們多次與賀老師進行溝通，聽取老師好的建議，積極采納。

老師將初稿修改后及時反饋給我們，看了之后才發(fā)現整個項目中漏洞很多，特別是論文的格式，而就實驗過程來說，提出了幾點建議，如不要全盤覆蓋課本上的知識，用一個章節(jié)作為典型來表達你的創(chuàng)新點就可以了。

在整個實驗過程中我們學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先明白了做學問要一絲不茍，對于出現的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學會與人合作的態(tài)度，認真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事倍功半。

整個創(chuàng)新性實驗的順利完成，要感謝我們的指導老師賀東亮老師，我們這個團隊的每一位隊友以及學長的幫助，感謝他們提出寶貴的意見和建議。

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山東科技大學電工電子實驗教學中心

創(chuàng)新性實驗研究報告

課程名稱：自動控制創(chuàng)新實驗

實驗項目名稱雙旋翼飛機控制系統(tǒng)的設計

一、實驗摘要本實驗針對雙旋翼飛機控制系統(tǒng)的設計，通過繪制分析系統(tǒng)根軌跡圖，研究線性系統(tǒng)的開環(huán)增益K對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并找出使系統(tǒng)穩(wěn)定時K的范圍。觀察系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下對單位階躍輸入和單位階躍擾動的響應，研究系統(tǒng)的動態(tài)性能如超調量、調節(jié)時間。最后引入前置濾波器來對系統(tǒng)性能加以改善。二、實驗目的1.掌握線性系統(tǒng)階躍響應曲線的測試方法及動態(tài)性能指標的測試技術；2.掌握線性系統(tǒng)根軌跡繪制的分析方法；3.研究線性系統(tǒng)的參數（開環(huán)增益）對穩(wěn)定性的影響。4.掌握Matlab和Simulink模擬仿真分析控制系統(tǒng)的性能三、實驗場地及儀器、設備和材料：自動控制實驗室Pc機一臺Matlab軟件四、實驗內容1、實驗原理根軌跡圖是開環(huán)系統(tǒng)某一參數從零變到無窮時，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程式的根在s平面上變化的軌跡。根軌跡與系統(tǒng)性能之間有著比較密切的聯系，當開環(huán)增益從零變到無窮時，若根軌跡不越過虛軸進入s右半平面，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則，系統(tǒng)不穩(wěn)定。通過勞斯判據可確定根軌跡與虛軸的交點，從而求出系統(tǒng)穩(wěn)定的K值的范圍。超調量和調節(jié)時間能夠反應系統(tǒng)的動態(tài)性能，應盡可能使系統(tǒng)超調量和調節(jié)時間變小，來提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。閉環(huán)零點能夠使峰值時間減小，使響應速度加快，但會增大超調量。2、實驗內容貝爾-波音V-22魚鷹式傾斜旋翼飛機既是一種普通飛機，又是一種直升機。當飛機起飛和著陸時，其發(fā)動機位置可以使直升機垂直起降，而在起飛后又可以將發(fā)動機旋轉90度，切換到水平位置像普通飛機一樣飛行。在直升機模式下的高度控制系統(tǒng)如圖1所示�？刂破鞯膫鬟f函數為：K(s21.5s0.5)Gc(s)s，飛機動力學模型：1G0(s)(20s1)(10s1)(0.5s1)。要求：(1)概略繪出當控制器增益K變化時的系統(tǒng)根軌跡圖，并確定使系統(tǒng)穩(wěn)定時K的取值范圍；(2)K280時，求系統(tǒng)在單位階躍函數下的響應，并確定系統(tǒng)的超調量和調節(jié)時間(2%)；1D(s)r(t)0K280s下的響應；(3)當和時，求單位階躍擾動(4)在R(s)和第一個求和節(jié)點之間添加一個前值濾波，使新計算(2)。D(S)R(S)Gp(s)0.5s21.5s0.5，重Gc(s)G0(s)C(S)圖1.V-22魚鷹式傾斜旋翼機的高度控制系統(tǒng)3、實驗步驟一、（1）由概略根軌跡圖的繪制法則繪制閉環(huán)系統(tǒng)的概略根軌跡圖。（2）利用勞斯判據確定使系統(tǒng)穩(wěn)定時的K值的范圍。二、（1）通過實驗觀測當K=280時，系統(tǒng)在單位階躍輸入下的輸出響應曲線。（2）確定超調量和調節(jié)時間，分析之。三、（1）觀測當K=280，r(t)=0時，系統(tǒng)在單位階躍擾動N(s)=1/s的輸出響應曲線。（2）做簡要分析。四、比較增加前置濾波器前后閉環(huán)傳函的特點及對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響，分析前置濾波器如何能改善系統(tǒng)動態(tài)性能。五、實驗結果與分析1、實驗現象、數據記錄一、(1)繪制系統(tǒng)根軌跡圖：系統(tǒng)開環(huán)傳函G(s)=式中K*=0.01KK(s21.5s0.5)s(20s1)(10s1)(0.5s1)=K*(s0.5)(s1)s(s0.5)(s0.1)(s2)p極點：p1=0,p2=-0.05,3=-0.1,p4=-2零點：z1=-0.5,z2=-11)確定實軸上的根軌跡。實軸上[0-0.05],[-0.1-0.5],[-1-2]必為根軌跡區(qū)域。2)確定根軌跡的漸近線。由于n-m=2,故有兩條漸近線，交角a=±90°,a=-0.32513)確定分離點。分離點方程為：dd10.05d10.1d12d10.5d11*d=-0.0224)確定與虛軸的交點。閉環(huán)特征方程式為：s(s+0.05)(s+0.1)(s+2)+K化簡得列勞斯表：(s+0.5)(s+1)=0s42.15s3(0.305K*)s2(0.011.5K*)s0.5K*0**s4s3210.305+K0.5K2.150.01+1.5K0.3+0.302K0.5K0.0030.622K*0.453(K*)20.30.302K**0.5K***ss1s0*2*0.453(K)0.622K0.0030,解得令*K1=0.005,K2=1.368**令（0.3+0.302K）s+0.5K=0，代入s=j,K1和K*2**2，解得1=0.09，2=0.977因為K*=0.01K，所以使系統(tǒng)穩(wěn)定時的K值的范圍為：0圖1二、當K=280時，閉環(huán)傳函為：1(s)2.8(s0.5)(s1)s2.15s33.105s24.21s1.44,應用MATLAB軟件包，得到單位階躍輸入時系統(tǒng)的輸出響應曲線，如圖2所示。%=92.1%，ts=43.9%(△=2%)可得系統(tǒng)超調量過大，調節(jié)時間過長，系統(tǒng)動態(tài)性能不佳,需要改善。圖2s三、當K=280和r(t)=0時，擾動輸入閉環(huán)傳函為：d100s4215s3310.5s2421s140，應用MATLAB軟件包，得到單位階躍擾動輸入下系統(tǒng)的輸出響應曲線，如圖3所示。可見擾動響應開始時振幅較大但穩(wěn)定后是振動的，最大振幅約為0.003，故可忽略不計。圖3四、無前置濾波器時,閉環(huán)傳函為：有前置濾波器(s0.5)(s1)1(s)s42.152s.833.105s24.21s1.4閉環(huán)傳函為：Gp(s)0.5s21.5s0.5時，1.42(s)1(s)GP(S)s42.15s33.105s24.21s1.4可見，1(s)與2(s)有相同的極點，但前者有-0.5和-1兩個閉環(huán)零點，雖可是峰值時間減小，使響應速度加快，但會使超調量過大；而后者的閉環(huán)零點被前置濾波器完全對消，因而最終改善了系統(tǒng)動態(tài)性能。有前置濾波器器時，K=280時，在單位階躍輸入下系統(tǒng)的輸出響應曲線如圖4所示。圖43、關鍵點：概略根軌跡圖超調量調節(jié)時間動態(tài)性能穩(wěn)定性前置濾波器六、實驗結論通過實驗使我熟悉并掌握了系統(tǒng)根軌跡圖的繪制法則和分析方法，會利用勞斯判據確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增益K值的范圍，比如勞斯判據的方程為系統(tǒng)閉環(huán)特征方程�；�本掌握了系統(tǒng)對階躍輸入響應曲線的測量方法及系統(tǒng)動態(tài)性能的分析方法。引入前置濾波器能使閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)性能得到改善，去掉了兩個閉環(huán)零點使系統(tǒng)超調量大為減少，閉環(huán)零點對系統(tǒng)動態(tài)性能得影響。同時對Matlab軟件也有了進一步了解，以便于在以后的學習實驗中加以運用。七、指導老師評語及得分：簽名：年月日附件：源程序如下：系統(tǒng)概略根軌跡圖

G=zpk([-0.5-1],[0-0.05-0.1-2],1);figure

rlocus(G);

axis([-1.5,1.5,-1.5,1.5]);K=280;

num1=[K1.5*K0.5*K];den1=[0010];num2=[1];

den2=[10021530.51];

[numc,denc]=series(num1,den1,num2,den2);[numr,denr]=cloop(numc,denc);sysr=tf(numr,denr);t=0:0.01:80;

當K=280時，單位階躍輸入時系統(tǒng)的輸出響應曲線

figure

sysr=tf(numr,denr);t=0:0.01:80;step(sysr,t);holdon;

當K=280時，得到單位階躍擾動輸入下系統(tǒng)的輸出響應曲線

figureK=280;

numh=[K1.5*K0.5*K];denh=[0010];numg=[1];deng=[10021530.51];

[numn,denn]=feedback(numg,deng,numh,denh);sysn=tf(numn,denn);t=0:0.01:80;

step(sysn,t);grid

有前置濾波器器時，K=280時，在單位階躍輸入下系統(tǒng)的輸出響應曲線figure

numf=[0.5];denf=[11.50.5];

[num,den]=series(numr,denr,numf,denf);sys=tf(num,den);step(sys,t);grid

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