自动控制原理实验典型系统的时域响应和稳定性分析.doc

电子科技大学 中 山 学院学生实验报告系别：机电工程学院专业： 课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称:典型系统的时域响应和稳定性分析实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：一、目的要求1 .研究二阶系统的特征参量(E、3 n)对过渡过程的影响。2 .研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。3 熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析二、实验设备PC机一台，TD ACC教学实验系统一套三、实验原理及内容1典型的二阶系统稳定性分析结构框图：如图1.2-1 所示。图 1.2-2(2)对应的模拟电路图：如图 1.2-2 所示。电子科技大学中山学院学生实验报告系别：机电工程学院 专业： 课程名称：班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：(3)理论分析系统开环传递函数为:实验内容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻 R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中， 观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图1.2-2)，系统闭环传递函数为：其中自然振荡角频率：2 典型的三阶系统稳定性分析(1)结构框图：如图1.2-3 所示。班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：(2)模拟电路图：如图1.2-4 所示。图 1.2-3(3) 理论分析：系统的特征方程为：(4) 实验内容：实验前由Routh判断得Routh行列式为：图 1.2-4班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有五、实验步骤1将信号源单元的“ ST'端插针与“ S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“ OUT端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。2.典型二阶系统瞬态性能指标的测试(1) 按模拟电路图1.2-2 接线，将1中的方波信号接至输入端，取R = 10K 。(2) 用示波器观察系统响应曲线C(t)，测量并记录超调 MP、峰值时间tp和调节时间tS。(3) 分别按R = 50K ; 160K; 200K;改变系统开环增益，观察响应曲线 C(t)，测量并记录性能指标MP、tp和ts，及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较(实验前必须按公式计算出)。将实验结果填入表中。表1.2-1中已填入了一组参考测量值，供参照。班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：3 典型三阶系统的性能(1) 按图1.2-4 接线，将1中的方波信号接至输入端，取R = 30K。(2) 观察系统的响应曲线，并记录波形。 减小开环增益(R = 41.7K ; 100K)，观察响应曲线，并将实验结果填入表中。表1.2-2 中已填入了一组参考测量值，供参照。表 1.2-1班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：六、实验数据处理1.典型二阶系统瞬态性能指标的测试表 1.2-2模拟电路图：取R=10K电子科技大学中山学院学生实验报告系别：机电工程学院 专业： 课程名称：班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：系别：机电工程学院 专业： 课程名称：班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：取R=20K系别：机电工程学院 专业： 课程名称：班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：取R=50K系别：机电工程学院 专业： 课程名称：班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：取R=100K电子科技大学中山学院学生实验报告系别：机电工程学院 专业： 课程名称：班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：2.典型三阶系统的性能模拟电路图取 R=41.7K班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：取R=100KR(K )幵环增益K稳定性七、实验结果分析1.典型二阶系统瞬态性能指标的测试由曲线图可知，随着电阻R的增大，超调量 Mp越来越小，到达峰值的时间tp越来越短，其调节时间与电阻R无关。2.典型三阶系统的性能当R 41.7 即K 12时,系统不稳定发散；当 R 41.7 即K 12时,41.7 即0 K 12时，系统稳定衰减收敛。系统临界稳定等幅振荡；当 R由曲线图可知，当 R 41.7 时，系统处于衰减收敛，理论应当处于系统临界稳定等幅振荡。由于电阻有误差，使得测量值比理论值小。在误差允许的范围内，可视为等幅振荡。班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：八、思考题1. 在实验线路中如何确保系统实现负反馈?由于实验中运用的运算放大器都是反向放大器，因此其本身的反馈即为负反馈，在实验中只要保证有奇数个反向放大器就可以保证系统为负反馈；如果实验中又偶数个运算放大器，那么系统将构成正反馈。2. 实验中的阶跃信号的幅值变化范围如何考虑？不应该过大，因为软件的测量范围有限，如果幅值过大，使测量的曲线不完整。3. 有那些措施能增加系统稳定度？它们对系统的性能有什么影响？在保证幵环增益大于0的情况下，减小幵环增益，可以增加系统的稳定度； 但是系统幵环增益减小将会导致系统响应会变慢。