創(chuàng)新實驗(總結(jié)報告1)

渤海大學(xué)

學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目總結(jié)報告

項目名稱項目組組長姓名化學(xué)化工學(xué)院組長所在院系指導(dǎo)教師姓名化學(xué)化工學(xué)院指導(dǎo)教師所在院系

填寫日期201*年1月10日

選題意義和研究目的。

化學(xué)是一門實驗性很強的學(xué)科，化學(xué)實驗實驗室的儀器設(shè)備管理、化學(xué)藥品管理、實驗科研管理、實驗開出情況及日常管理等即繁雜又瑣碎，隨著自動化辦公及網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，按照國家化學(xué)基礎(chǔ)課實驗教學(xué)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求，因地制宜建立一套完善的針對本校化學(xué)實驗室的現(xiàn)代化管理方法也日顯必然。

將實驗室所有的儀器設(shè)備、化學(xué)藥品、科研情況及各學(xué)科實驗情況等全部放在網(wǎng)絡(luò)上，特別是大型精密儀器的相關(guān)信息，如原子吸收分光光度計、紅外分光光度計、紫外分光光度計、氣相色譜儀、電位自動滴定儀等儀器的使用范圍、操作說明、操作指南以及注意事項等。任課老師、學(xué)生可以通過管理系統(tǒng)及時了解實驗內(nèi)容、實驗配套所需儀器設(shè)備、藥品及其所處位置等情況。除此之外，也為領(lǐng)導(dǎo)及工作人員及時了解實驗室管理運行情況，了解實驗課教學(xué)情況，提供第一手資料，為實驗室評估提供原始記錄和數(shù)據(jù)，進(jìn)行教學(xué)管理提供了便利。

管理信息系統(tǒng)與校園網(wǎng)的連接，使實驗室能及時了解學(xué)校設(shè)備管理的動態(tài)；也能使學(xué)校設(shè)備管理部門及時了解掌握化學(xué)實驗室的設(shè)備運行使用狀態(tài)，并為校領(lǐng)導(dǎo)做出全校設(shè)備管理決策提供依據(jù)。

通過創(chuàng)新實驗，取得了以下成效：一、學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力有了明顯的提高

分成幾個小點寫。

1、經(jīng)濟(jì)時代和信息網(wǎng)絡(luò)時代的到來，不僅對大學(xué)生的創(chuàng)新能力

提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也孕育著大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的珍貴契機，參加創(chuàng)新實驗，提高了我們的創(chuàng)新意識，強化了我們的創(chuàng)新能力，為我們成為新時期要求的高素質(zhì)人才提供了寶貴的鍛煉機會。

2、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與教育的創(chuàng)新是相互推動、相互促進(jìn)的，大學(xué)生創(chuàng)新能力及實踐能力的培養(yǎng)與提高，是時代發(fā)展的要求，通過創(chuàng)新實驗，強化了我們的專業(yè)相關(guān)知識，加深了對其掌握程度，了解了前沿的學(xué)科動態(tài)，為后期的就業(yè)及創(chuàng)業(yè)打下了堅實的理論基礎(chǔ)。

3、社會快速發(fā)展的今天，沒有創(chuàng)新，就會被淘汰，有了新的想法，就要第一時間付諸于行動，將新的創(chuàng)意運用到實踐中，讓我們在實踐的過程中得到鍛煉，提高了我們的動手能力，開拓了視野，改善了思維，加強了克服挫折與困難的信心與決心。二、高校化學(xué)實驗室管理信息系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)校園局域網(wǎng)的設(shè)計原則以及實驗室的基本情況及具體要求，本著先進(jìn)性、開放性、可伸展性、安全性、可靠性、可管理性等原則，對實驗室的管理系統(tǒng)的設(shè)計充分思考與探索，最終確定了管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。

設(shè)計基于網(wǎng)絡(luò)的高校化學(xué)實驗室管理信息系統(tǒng)，包括用戶管理（管理員、教師、學(xué)生）、儀器設(shè)備管理（儀器信息查詢、儀器操作手冊、實驗數(shù)據(jù)庫）、化學(xué)藥品管理（庫存藥品查詢、藥品信息、藥品采購等）、科研管理（科研檔案庫、科研信息查詢、科研成果展示）、信息管理（信息公告、留言處理等）等方面。三、高校化學(xué)實驗室管理信息系統(tǒng)內(nèi)容

實驗室管理系統(tǒng)實驗室登記儀器設(shè)備管理實驗管理化學(xué)藥品管理科研管理公告發(fā)布系統(tǒng)維護(hù)打印1、實驗室登記模塊，顯示各類精密實驗儀器所在實驗室位置，及其負(fù)責(zé)工作人員。

2、儀器設(shè)備管理模塊，查閱儀器的詳細(xì)信息，如儀器型號，規(guī)格，及其生產(chǎn)廠家及產(chǎn)地。

3、實驗管理模塊，記錄每學(xué)期開設(shè)的各門實驗課程名稱、實驗教師、上課時間及地點，所用實驗室及儀器等，查看教師的課程及實驗計劃。4、化學(xué)藥品管理模塊，可以查詢藥品的詳細(xì)信息，包括藥品的名稱、規(guī)格、單價、單位、庫存、存放位置及其消耗情況等。

5、科研管理模塊，展示近期已取得的科研成果，及正在著手研究的科研課題的相關(guān)信息。

6、公告發(fā)布模塊，列出實驗室相關(guān)新聞信息、通知和各項規(guī)章制度等信息。

7、系統(tǒng)維護(hù)模塊，錄入和修改系統(tǒng)及實驗信息。

3

實驗課安排實驗安排科科研成果研課題

四、對繼續(xù)開展創(chuàng)新性實驗的建議

隨著高校事業(yè)的蓬勃發(fā)展，招生規(guī)模的日益擴大，市場競爭激烈，網(wǎng)絡(luò)通信信息化的不斷推進(jìn)，采用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)手段來管理實驗室的日常工作，已顯現(xiàn)出的它的空前優(yōu)越性，如何有效的利用現(xiàn)有條件，最大程度地發(fā)揮實驗室在學(xué)校教學(xué)、科研研究、社會及仲裁檢測中的功效，更好的為社會及人民服務(wù)，是我們面臨的一個重要問題，選擇適當(dāng)?shù)默F(xiàn)代化管理手段及媒介，完善管理制度，爭取構(gòu)建具有一定意義及特色的現(xiàn)代化的實驗室網(wǎng)絡(luò)管理體系。

學(xué)生創(chuàng)新實驗小組：

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山東科技大學(xué)電工電子實驗教學(xué)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(shè)計

一、實驗摘要本實驗針對雙旋翼飛機控制系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)，研究系統(tǒng)的動態(tài)性能如超調(diào)量、調(diào)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?zāi)康?.掌握線性系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的測試方法及動態(tài)性能指標(biāo)的測試技術(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(shè)備和材料：自動控制實驗室Pc機一臺Matlab軟件四、實驗內(nèi)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(dāng)開環(huán)增益從零變到無窮時，若根軌跡不越過虛軸進(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。通過勞斯判據(jù)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(diào)量和調(diào)節(jié)時間能夠反應(yīng)系統(tǒng)的動態(tài)性能，應(yīng)盡可能使系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)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(yīng)速度加快，但會增大超調(diào)量。2、實驗內(nèi)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(dāng)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(zhuǎn)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(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(yīng)，并確定系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間(2%)；1D(s)r(t)0K280s下的響應(yīng)；(3)當(dāng)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(jù)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(dāng)K=280時，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)時間，分析之。三、（1）觀測當(dāng)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(yīng)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(jié)果與分析1、實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)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(dāng)K=280時，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)量過大，調(diào)節(jié)時間過長，系統(tǒng)動態(tài)性能不佳,需要改善。圖2s三、當(dāng)K=280和r(t)=0時，擾動輸入閉環(huán)傳函為：d100s4215s3310.5s2421s140，應(yīng)用MATLAB軟件包，得到單位階躍擾動輸入下系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線，如圖3所示。可見擾動響應(yīng)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(yīng)速度加快，但會使超調(diào)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(yīng)曲線如圖4所示。圖43、關(guān)鍵點：概略根軌跡圖超調(diào)量調(diào)節(jié)時間動態(tài)性能穩(wěn)定性前置濾波器六、實驗結(jié)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(jù)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(jù)的方程為系統(tǒng)閉環(huán)特征方程。基本掌握了系統(tǒng)對階躍輸入響應(yīng)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(diào)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(jìn)一步了解，以便于在以后的學(xué)習(xí)實驗中加以運用。七、指導(dǎo)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(dāng)K=280時，單位階躍輸入時系統(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，得到單位階躍擾動輸入下系統(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，K=280時，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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