创新性实训项目总结报告
创新性实训项目总结报告
为了增强学生的动手实践能力，提高学生应用所学理论指导和解决实际问题的水平，培养学生科技创新精神，水利工程系成立了创新实训小组，利用开放性实验室（实训场）开展学生科技创新活动和开展创新性实训项目。
一、结合水利工程专业的“水力学”课程，开展创新性实训项目有：静水总压力在规则平面与不规则平面上分布异同性的实训；不同固体边界条件对水流运动的影响分析实训；对不同流态断面的压强分布特点的再认识实训；管嘴射流对平板或曲面板所施加冲击力的试验研究；孔板出流流量与压力之间关系分析实训；水流边界对流态和沿程水头损失系数的影响分析等。这些创新性实训项目的开展，摒弃了以往“验证性”、“演示性”的实验。
二、结合工程力学课程，开展创新性实训项目有：不同龄期砼试件破坏规律的试验实训；常用建筑材料的力学性能及其指标的测定实训；多点应变测量技术在纯弯曲梁正应力测定中的应用实训；应用数字式电阻应变仪测定材料力学性能的试验研究实训等。这些创新性实训项目的开展，同样摒弃了以往“验证性”、“演示性”的实验。三、产学研结合创新
在已完成的“管道灌溉系统全隐蔽式系列给水栓开发研制”、“实用新型系列放水闸门开发研制”等三个项目中，10名学生亲自参加取样、实验、画图、编写初步技术报告等。
在研项目“临沂地下水信息管理系统”的研究过程中，3名学生参与计算机排版、数据库数据录入等。由于结合科研项目进行教学，针对性强，有利于学生创造性思维的培养。
在日照泻湖船闸船闸监理，学院水轴景观工程的施工、监理，日照市西安路的施工等与教学密切结合。学生专业知识得到大大加强和拓展，职业素质得到大大提高。
四、积极与行业企业合作进行实践条件建设
与中国南方测绘仪器公司、山东水利工程总公司共建了校内“工程勘测、施工实训场”。与青岛陆港市政工程有限公司、山东省水利工程总公司第一工程分公司、淮河水利工程局、日照水利勘测设计研究共同建设了都江堰微缩工程、三峡微缩工程、水泵站，不仅学生参与勘测、设计、施工、监理，而且工程的运行管理也由学生完成。与山东省水利科学研究院共同建设了喷灌实训场，从设备的利用、喷头的维护到每次喷灌效果的分析均是在教师的指导下由学生完成。与青岛海洋气象设备有限公司共同建设了水文水资源实训场，实现了部分气象、水文资料与日照水文水资源勘测局的共享，等等。另外，与山东水利行业建立了密切合作关系，建成了15个“生产环境强、有教学功能”的校外实训基地
水利工程系
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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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