創(chuàng)新性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告

創(chuàng)新性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告

為了增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)理論指導(dǎo)和解決實(shí)際問(wèn)題的水平，培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新精神，水利工程系成立了創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)小組，利用開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室（實(shí)訓(xùn)場(chǎng)）開(kāi)展學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)和開(kāi)展創(chuàng)新性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

一、結(jié)合水利工程專業(yè)的“水力學(xué)”課程，開(kāi)展創(chuàng)新性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)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(shí)訓(xùn)；不同固體邊界條件對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的影響分析實(shí)訓(xùn)；對(duì)不同流態(tài)斷面的壓強(qiáng)分布特點(diǎn)的再認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)；管嘴射流對(duì)平板或曲面板所施加沖擊力的試驗(yàn)研究；孔板出流流量與壓力之間關(guān)系分析實(shí)訓(xùn)；水流邊界對(duì)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(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的開(kāi)展，摒棄了以往“驗(yàn)證性”、“演示性”的實(shí)驗(yàn)。

二、結(jié)合工程力學(xué)課程，開(kāi)展創(chuàng)新性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有：不同齡期砼試件破壞規(guī)律的試驗(yàn)實(shí)訓(xùn)；常用建筑材料的力學(xué)性能及其指標(biāo)的測(cè)定實(shí)訓(xùn)；多點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量技術(shù)在純彎曲梁正應(yīng)力測(cè)定中的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)；應(yīng)用數(shù)字式電阻應(yīng)變儀測(cè)定材料力學(xué)性能的試驗(yàn)研究實(shí)訓(xùn)等。這些創(chuàng)新性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的開(kāi)展，同樣摒棄了以往“驗(yàn)證性”、“演示性”的實(shí)驗(yàn)。三、產(chǎn)學(xué)研結(jié)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(kāi)發(fā)研制”、“實(shí)用新型系列放水閘門開(kāi)發(fā)研制”等三個(gè)項(xiàng)目中，10名學(xué)生親自參加取樣、實(shí)驗(yàn)、畫圖、編寫初步技術(shù)報(bào)告等。

在研項(xiàng)目“臨沂地下水信息管理系統(tǒng)”的研究過(guò)程中，3名學(xué)生參與計(jì)算機(jī)排版、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)錄入等。由于結(jié)合科研項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)，針對(duì)性強(qiáng)，有利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

在日照瀉湖船閘船閘監(jiān)理，學(xué)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(xué)密切結(jié)合。學(xué)生專業(yè)知識(shí)得到大大加強(qiáng)和拓展，職業(yè)素質(zhì)得到大大提高。

四、積極與行業(yè)企業(yè)合作進(jìn)行實(shí)踐條件建設(shè)

與中國(guó)南方測(cè)繪儀器公司、山東水利工程總公司共建了校內(nèi)“工程勘測(cè)、施工實(shí)訓(xùn)場(chǎng)”。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(cè)設(shè)計(jì)研究共同建設(shè)了都江堰微縮工程、三峽微縮工程、水泵站，不僅學(xué)生參與勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理，而且工程的運(yùn)行管理也由學(xué)生完成。與山東省水利科學(xué)研究院共同建設(shè)了噴灌實(shí)訓(xùn)場(chǎng)，從設(shè)備的利用、噴頭的維護(hù)到每次噴灌效果的分析均是在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生完成。與青島海洋氣象設(shè)備有限公司共同建設(shè)了水文水資源實(shí)訓(xùn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了部分氣象、水文資料與日照水文水資源勘測(cè)局的共享，等等。另外，與山東水利行業(yè)建立了密切合作關(guān)系，建成了15個(gè)“生產(chǎn)環(huán)境強(qiáng)、有教學(xué)功能”的校外實(shí)訓(xùn)基地

水利工程系

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山東科技大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告

課程名稱：自動(dòng)控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱雙旋翼飛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一、實(shí)驗(yàn)摘要本實(shí)驗(yàn)針對(duì)雙旋翼飛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)繪制分析系統(tǒng)根軌跡圖，研究線性系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并找出使系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)K的范圍。觀察系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下對(duì)單位階躍輸入和單位階躍擾動(dòng)的響應(yīng)，研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間。最后引入前置濾波器來(lái)對(duì)系統(tǒng)性能加以改善。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握線性系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的測(cè)試方法及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試技術(shù)；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(kāi)環(huán)增益）對(duì)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(shí)驗(yàn)場(chǎng)地及儀器、設(shè)備和材料：自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室Pc機(jī)一臺(tái)Matlab軟件四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)原理根軌跡圖是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從零變到無(wú)窮時(shí)，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(dāng)開(kāi)環(huán)增益從零變到無(wú)窮時(shí)，若根軌跡不越過(guò)虛軸進(jìn)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(guò)勞斯判據(jù)可確定根軌跡與虛軸的交點(diǎn)，從而求出系統(tǒng)穩(wěn)定的K值的范圍。超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間能夠反應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)盡可能使系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間變小，來(lái)提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。閉環(huán)零點(diǎn)能夠使峰值時(shí)間減小，使響應(yīng)速度加快，但會(huì)增大超調(diào)量。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容貝爾-波音V-22魚鷹式傾斜旋翼飛機(jī)既是一種普通飛機(jī)，又是一種直升機(jī)。當(dāng)飛機(jī)起飛和著陸時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)位置可以使直升機(jī)垂直起降，而在起飛后又可以將發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)90度，切換到水平位置像普通飛機(jī)一樣飛行。在直升機(jī)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(jī)動(dòng)力學(xué)模型：1G0(s)(20s1)(10s1)(0.5s1)。要求：(1)概略繪出當(dāng)控制器增益K變化時(shí)的系統(tǒng)根軌跡圖，并確定使系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)K的取值范圍；(2)K280時(shí)，求系統(tǒng)在單位階躍函數(shù)下的響應(yīng)，并確定系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間(2%)；1D(s)r(t)0K280s下的響應(yīng)；(3)當(dāng)和時(shí)，求單位階躍擾動(dòng)(4)在R(s)和第一個(gè)求和節(jié)點(diǎn)之間添加一個(gè)前值濾波，使新計(jì)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(jī)的高度控制系統(tǒng)3、實(shí)驗(yàn)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(jù)確定使系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的K值的范圍。二、（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)當(dāng)K=280時(shí)，系統(tǒng)在單位階躍輸入下的輸出響應(yīng)曲線。（2）確定超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，分析之。三、（1）觀測(cè)當(dāng)K=280，r(t)=0時(shí)，系統(tǒng)在單位階躍擾動(dòng)N(s)=1/s的輸出響應(yīng)曲線。（2）做簡(jiǎn)要分析。四、比較增加前置濾波器前后閉環(huán)傳函的特點(diǎn)及對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響，分析前置濾波器如何能改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)記錄一、(1)繪制系統(tǒng)根軌跡圖：系統(tǒng)開(kāi)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(diǎn)：p1=0,p2=-0.05,3=-0.1,p4=-2零點(diǎn)：z1=-0.5,z2=-11)確定實(shí)軸上的根軌跡。實(shí)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(diǎn)。分離點(diǎn)方程為：dd10.05d10.1d12d10.5d11*d=-0.0224)確定與虛軸的交點(diǎn)。閉環(huán)特征方程式為：s(s+0.05)(s+0.1)(s+2)+K化簡(jiǎn)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?yàn)镵*=0.01K，所以使系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的K值的范圍為：0圖1二、當(dāng)K=280時(shí)，閉環(huán)傳函為：1(s)2.8(s0.5)(s1)s2.15s33.105s24.21s1.44,應(yīng)用MATLAB軟件包，得到單位階躍輸入時(shí)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線，如圖2所示。%=92.1%，ts=43.9%(△=2%)可得系統(tǒng)超調(diào)量過(guò)大，調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能不佳,需要改善。圖2s三、當(dāng)K=280和r(t)=0時(shí)，擾動(dòng)輸入閉環(huán)傳函為：d100s4215s3310.5s2421s140，應(yīng)用MATLAB軟件包，得到單位階躍擾動(dòng)輸入下系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線，如圖3所示�？梢�(jiàn)擾動(dòng)響應(yīng)開(kāi)始時(shí)振幅較大但穩(wěn)定后是振動(dòng)的，最大振幅約為0.003，故可忽略不計(jì)。圖3四、無(wú)前置濾波器時(shí),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(shí)，1.42(s)1(s)GP(S)s42.15s33.105s24.21s1.4可見(jiàn)，1(s)與2(s)有相同的極點(diǎn)，但前者有-0.5和-1兩個(gè)閉環(huán)零點(diǎn)，雖可是峰值時(shí)間減小，使響應(yīng)速度加快，但會(huì)使超調(diào)量過(guò)大；而后者的閉環(huán)零點(diǎn)被前置濾波器完全對(duì)消，因而最終改善了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。有前置濾波器器時(shí)，K=280時(shí)，在單位階躍輸入下系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線如圖4所示。圖43、關(guān)鍵點(diǎn)：概略根軌跡圖超調(diào)量調(diào)節(jié)時(shí)間動(dòng)態(tài)性能穩(wěn)定性前置濾波器六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(huì)利用勞斯判據(jù)確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的開(kāi)環(huán)增益K值的范圍，比如勞斯判據(jù)的方程為系統(tǒng)閉環(huán)特征方程。基本掌握了系統(tǒng)對(duì)階躍輸入響應(yīng)曲線的測(cè)量方法及系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)態(tài)性能得到改善，去掉了兩個(gè)閉環(huán)零點(diǎn)使系統(tǒng)超調(diào)量大為減少，閉環(huán)零點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能得影響。同時(shí)對(duì)Matlab軟件也有了進(jìn)一步了解，以便于在以后的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)中加以運(yùn)用。七、指導(dǎo)老師評(píng)語(yǔ)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(dāng)K=280時(shí)，單位階躍輸入時(shí)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線

figure

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

當(dāng)K=280時(shí)，得到單位階躍擾動(dòng)輸入下系統(tǒng)的輸出響應(yīng)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(shí)，K=280時(shí)，在單位階躍輸入下系統(tǒng)的輸出響應(yīng)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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