創(chuàng)新性實訓項目總結報告

創(chuàng)新性實訓項目總結報告

為了增強學生的動手實踐能力，提高學生應用所學理論指導和解決實際問題的水平，培養(yǎng)學生科技創(chuàng)新精神，水利工程系成立了創(chuàng)新實訓小組，利用開放性實驗室（實訓場）開展學生科技創(chuàng)新活動和開展創(chuàng)新性實訓項目。

一、結合水利工程專業(yè)的“水力學”課程，開展創(chuàng)新性實訓項目有：靜水總壓力在規(guī)則平面與不規(guī)則平面上分布異同性的實訓；不同固體邊界條件對水流運動的影響分析實訓；對不同流態(tài)斷面的壓強分布特點的再認識實訓；管嘴射流對平板或曲面板所施加沖擊力的試驗研究；孔板出流流量與壓力之間關系分析實訓；水流邊界對流態(tài)和沿程水頭損失系數(shù)的影響分析等。這些創(chuàng)新性實訓項目的開展，摒棄了以往“驗證性”、“演示性”的實驗。

二、結合工程力學課程，開展創(chuàng)新性實訓項目有：不同齡期砼試件破壞規(guī)律的試驗實訓；常用建筑材料的力學性能及其指標的測定實訓；多點應變測量技術在純彎曲梁正應力測定中的應用實訓；應用數(shù)字式電阻應變儀測定材料力學性能的試驗研究實訓等。這些創(chuàng)新性實訓項目的開展，同樣摒棄了以往“驗證性”、“演示性”的實驗。三、產學研結合創(chuàng)新

在已完成的“管道灌溉系統(tǒng)全隱蔽式系列給水栓開發(fā)研制”、“實用新型系列放水閘門開發(fā)研制”等三個項目中，10名學生親自參加取樣、實驗、畫圖、編寫初步技術報告等。

在研項目“臨沂地下水信息管理系統(tǒng)”的研究過程中，3名學生參與計算機排版、數(shù)據庫數(shù)據錄入等。由于結合科研項目進行教學，針對性強，有利于學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

在日照瀉湖船閘船閘監(jiān)理，學院水軸景觀工程的施工、監(jiān)理，日照市西安路的施工等與教學密切結合。學生專業(yè)知識得到大大加強和拓展，職業(yè)素質得到大大提高。

四、積極與行業(yè)企業(yè)合作進行實踐條件建設

與中國南方測繪儀器公司、山東水利工程總公司共建了校內“工程勘測、施工實訓場”。與青島陸港市政工程有限公司、山東省水利工程總公司第一工程分公司、淮河水利工程局、日照水利勘測設計研究共同建設了都江堰微縮工程、三峽微縮工程、水泵站，不僅學生參與勘測、設計、施工、監(jiān)理，而且工程的運行管理也由學生完成。與山東省水利科學研究院共同建設了噴灌實訓場，從設備的利用、噴頭的維護到每次噴灌效果的分析均是在教師的指導下由學生完成。與青島海洋氣象設備有限公司共同建設了水文水資源實訓場，實現(xiàn)了部分氣象、水文資料與日照水文水資源勘測局的共享，等等。另外，與山東水利行業(yè)建立了密切合作關系，建成了15個“生產環(huán)境強、有教學功能”的校外實訓基地

水利工程系

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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(shù)（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(shù)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(lián)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。控制器的傳遞函數(shù)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(shù)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(xiàn)象、數(shù)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�？梢姅_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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