创新性实验总结报告
创新性实验总结报告
大学生创新性实验计划项目是本科学生个人或创新团队，在导师的指导下，自主选题设计、独立组织实施并进行信息分析处理和撰写总结报告等工作，以培养学生提出问题、分析和解决问题的兴趣和能力的项目。
我们团队所选论文题目是“汾河水中微生物的检测”，之所以选择这个题目，是因为感觉它具有实际意义，可操作性强，而且在创新方面利于突破。在论文写作以及实验过程中，有时感觉很辛苦，有时还会产生放弃的念头，但是最终坚持了下来，出色的完成了我们的项目。
开始是搜集资料。在指导老师的指点下，通过各种渠道开始准备工作通过网络、图书馆搜集相关学术论文、核心期刊、书籍等。通过一个月的深入学习，搜集了一大堆与本项目相关的资料，在贺老师的指导下，摒弃了一些无关紧要的内容，保留了有参考价值的资料作为备用。在这段时期，我们各自分工。在中国知网上，搜索了一些学术论文和期刊文章；在Springer上，搜索了外文文献资料，参考了一些论文样本和一些论文设计总结；在常见的搜索引擎中，了解到一些相关的知识，同时特意浏览了大量的外文网站，并将这些内容列成提纲，便于以后查询，以减少后期工作量。
接下来，我们开始对所搜集的资料进行整理、分析研究，并制作了课题研究的方案及实验规划，开题报告完成之后随即进入紧张而有序的实验过程之中。根据取其精华，去其糟粕的原则，撰写了初稿，并加入了自己新颖的见解，特别是在实验的过程中，吸取其它普通实验过程的优点，并加入我们自己的创新点。在此期间，我们多次与贺老师进行沟通，听取老师好的建议，积极采纳。
老师将初稿修改后及时反馈给我们，看了之后才发现整个项目中漏洞很多，特别是论文的格式，而就实验过程来说，提出了几点建议，如不要全盘覆盖课本上的知识，用一个章节作为典型来表达你的创新点就可以了。
在整个实验过程中我们学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。
整个创新性实验的顺利完成，要感谢我们的指导老师贺东亮老师，我们这个团队的每一位队友以及学长的帮助，感谢他们提出宝贵的意见和建议。
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山东科技大学电工电子实验教学中心
创新性实验研究报告
课程名称：自动控制创新实验
实验项目名称双旋翼飞机控制系统的设计
一、实验摘要本实验针对双旋翼飞机控制系统的设计，通过绘制分析系统根轨迹图，研究线性系统的开环增益K对系统稳定性的影响，并找出使系统稳定时K的范围。观察系统在稳定状态下对单位阶跃输入和单位阶跃扰动的响应，研究系统的动态性能如超调量、调节时间。最后引入前置滤波器来对系统性能加以改善。二、实验目的1.掌握线性系统阶跃响应曲线的测试方法及动态性能指标的测试技术；2.掌握线性系统根轨迹绘制的分析方法；3.研究线性系统的参数（开环增益）对稳定性的影响。4.掌握Matlab和Simulink模拟仿真分析控制系统的性能三、实验场地及仪器、设备和材料：自动控制实验室Pc机一台Matlab软件四、实验内容1、实验原理根轨迹图是开环系统某一参数从零变到无穷时，闭环系统特征方程式的根在s平面上变化的轨迹。根轨迹与系统性能之间有着比较密切的联系，当开环增益从零变到无穷时，若根轨迹不越过虚轴进入s右半平面，则系统是稳定的。否则，系统不稳定。通过劳斯判据可确定根轨迹与虚轴的交点，从而求出系统稳定的K值的范围。超调量和调节时间能够反应系统的动态性能，应尽可能使系统超调量和调节时间变小，来提高系统的动态性能。闭环零点能够使峰值时间减小，使响应速度加快，但会增大超调量。2、实验内容贝尔-波音V-22鱼鹰式倾斜旋翼飞机既是一种普通飞机，又是一种直升机。当飞机起飞和着陆时，其发动机位置可以使直升机垂直起降，而在起飞后又可以将发动机旋转90度，切换到水平位置像普通飞机一样飞行。在直升机模式下的高度控制系统如图1所示。控制器的传递函数为：K(s21.5s0.5)Gc(s)s，飞机动力学模型：1G0(s)(20s1)(10s1)(0.5s1)。要求：(1)概略绘出当控制器增益K变化时的系统根轨迹图，并确定使系统稳定时K的取值范围；(2)K280时，求系统在单位阶跃函数下的响应，并确定系统的超调量和调节时间(2%)；1D(s)r(t)0K280s下的响应；(3)当和时，求单位阶跃扰动(4)在R(s)和第一个求和节点之间添加一个前值滤波，使新计算(2)。D(S)R(S)Gp(s)0.5s21.5s0.5，重Gc(s)G0(s)C(S)图1.V-22鱼鹰式倾斜旋翼机的高度控制系统3、实验步骤一、（1）由概略根轨迹图的绘制法则绘制闭环系统的概略根轨迹图。（2）利用劳斯判据确定使系统稳定时的K值的范围。二、（1）通过实验观测当K=280时，系统在单位阶跃输入下的输出响应曲线。（2）确定超调量和调节时间，分析之。三、（1）观测当K=280，r(t)=0时，系统在单位阶跃扰动N(s)=1/s的输出响应曲线。（2）做简要分析。四、比较增加前置滤波器前后闭环传函的特点及对系统动态性能的影响，分析前置滤波器如何能改善系统动态性能。五、实验结果与分析1、实验现象、数据记录一、(1)绘制系统根轨迹图：系统开环传函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极点：p1=0,p2=-0.05,3=-0.1,p4=-2零点：z1=-0.5,z2=-11)确定实轴上的根轨迹。实轴上[0-0.05],[-0.1-0.5],[-1-2]必为根轨迹区域。2)确定根轨迹的渐近线。由于n-m=2,故有两条渐近线，交角a=±90°,a=-0.32513)确定分离点。分离点方程为：dd10.05d10.1d12d10.5d11*d=-0.0224)确定与虚轴的交点。闭环特征方程式为：s(s+0.05)(s+0.1)(s+2)+K化简得列劳斯表：(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因为K*=0.01K，所以使系统稳定时的K值的范围为：0图1二、当K=280时，闭环传函为：1(s)2.8(s0.5)(s1)s2.15s33.105s24.21s1.44,应用MATLAB软件包，得到单位阶跃输入时系统的输出响应曲线，如图2所示。%=92.1%，ts=43.9%(△=2%)可得系统超调量过大，调节时间过长，系统动态性能不佳,需要改善。图2s三、当K=280和r(t)=0时，扰动输入闭环传函为：d100s4215s3310.5s2421s140，应用MATLAB软件包，得到单位阶跃扰动输入下系统的输出响应曲线，如图3所示。可见扰动响应开始时振幅较大但稳定后是振动的，最大振幅约为0.003，故可忽略不计。图3四、无前置滤波器时,闭环传函为：有前置滤波器(s0.5)(s1)1(s)s42.152s.833.105s24.21s1.4闭环传函为：Gp(s)0.5s21.5s0.5时，1.42(s)1(s)GP(S)s42.15s33.105s24.21s1.4可见，1(s)与2(s)有相同的极点，但前者有-0.5和-1两个闭环零点，虽可是峰值时间减小，使响应速度加快，但会使超调量过大；而后者的闭环零点被前置滤波器完全对消，因而最终改善了系统动态性能。有前置滤波器器时，K=280时，在单位阶跃输入下系统的输出响应曲线如图4所示。图43、关键点：概略根轨迹图超调量调节时间动态性能稳定性前置滤波器六、实验结论通过实验使我熟悉并掌握了系统根轨迹图的绘制法则和分析方法，会利用劳斯判据确定使系统稳定的开环增益K值的范围，比如劳斯判据的方程为系统闭环特征方程。基本掌握了系统对阶跃输入响应曲线的测量方法及系统动态性能的分析方法。引入前置滤波器能使闭环系统动态性能得到改善，去掉了两个闭环零点使系统超调量大为减少，闭环零点对系统动态性能得影响。同时对Matlab软件也有了进一步了解，以便于在以后的学习实验中加以运用。七、指导老师评语及得分：签名：年月日附件：源程序如下：系统概略根轨迹图
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;
当K=280时，单位阶跃输入时系统的输出响应曲线
figure
sysr=tf(numr,denr);t=0:0.01:80;step(sysr,t);holdon;
当K=280时，得到单位阶跃扰动输入下系统的输出响应曲线
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
有前置滤波器器时，K=280时，在单位阶跃输入下系统的输出响应曲线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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