二阶系统的阶跃响应.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流二阶系统的阶跃响应.精品文档.实验一 一、二阶系统的阶跃响应 实验报告系专业班级 学号姓名成绩指导教师一、实验目的1、学习实验系统的使用方法。2、学习构成一阶系统（惯性环节）、二阶系统的模拟电路，分别推导其传递函数。了解电路参数对环节特性的影响。3、研究一阶系统的时间常数T对系统动态性能的影响。4、研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率对系统动态性能的影响。 二、实验仪器 1、EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2、计算机一台三、实验内容（一） 构成下述一阶系统（惯性环节）的模拟电路，并测量其阶跃响应。惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。R2R1K = R2 / R1，T = R2*C图1-1 一阶系统模拟电路图 （二）构成下述二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应。 典型二阶系统的闭环传递函数为 （1） 其中和对系统的动态品质有决定的影响。 构成图1-2典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：R2图1-2 二阶系统模拟电路图电路的结构图如图1-3图1-3 二阶系统结构图系统闭环传递函数为 式中 T=RC，K=R2/R1。 比较（1）、（2）二式，可得 =1/T=1/RC =K/2=R2/2R1 （3）由（3）式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。改变RC值可以改变无阻尼自然频率。 今取R1=200K，R2=0K，50K，100K和200K，可得实验所需的阻尼比。电阻R取100K，电容C分别取1和0.1，可得两个无阻尼自然频率。 操作步骤：1. 启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如果信不正常查找原因使通信正常后才能可以继续进行实验。3. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-1）。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。4. 在实验课题窗口中单击选择实验一典型环节阶跃响应，5. 鼠标双击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数窗口中设置响应的实验参数后，鼠标单击确认等待屏幕显示去显示实验结果。6. 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。7. 记录波形及数据于表1-1。8. 关闭电源，拆线。9. 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如果信不正常查找原因使通信正常后才能可以继续进行实验。10. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-2）。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的DA1输入。检查无误后接通电源。11. 在实验课题窗口中单击选择实验二二阶系统阶跃响应。鼠标双击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数窗口中设置响应的实验参数后，鼠标单击确认等待屏幕显示区显示实验结果。12. 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。13. 记录波形及数据于表1-2。四、实验结果与分析1. 分析推导一阶系统的传递函数2. 记录一阶系统实验数据于表1-1，并计算Ts（秒）理论值。表1-1 一阶系统实验数据记录表 实 验 结 果 参 数阶跃响应曲线Ts（秒）实测值理论值K=1C=1K=2C=13. 进行电路分析，推导得到二阶系统的传递函数。4. 记录二阶系统实验数据于表1-2表1-2 二阶系统实验数据记录表 实 验 结 果 参 数阶跃响应曲线R=100KC=1（注意：二个电容量值同时改变）5. 定量分析和与最大超调量和调节时间之间的关系。6. 在实验过程中出现了什么问题？你是如何解决的？实验二 系统频率特性测量 实验报告系专业班级 学号姓名成绩指导教师 一、实验目的 1、加深了解系统频率特性的物理概念。 2、掌握系统频率特性的测量分析方法。 二、实验仪器 1、EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2、计算机一台 三、实验内容 1、模拟电路图及系统结构图分别如图2-1和图2-2。图2-1 系统模拟电路图图2-2 系统结构图2、系统传递函数 取R3=500K，则系统传递函数为 若输入信号，则在稳态时，其输出信号为 改变输入信号角频率值，便可测得二组U2/U1和和变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频性和相频特性。 操作步骤1. 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1的A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。2. 启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。3. 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。测波德图4. 鼠标双击选中实验课题系统频率特性测量可测性检查菜单项，系统进行数据采集，等待观察波形，如图2-3所示。分别取23组不同信源频率，记录系统输入输出波形并由图形计算幅频和相频特性。图2-3 数据采集5. 待数据采样结束后鼠标双击实验课题系统频率特性测量数据采集 系统进行数据自动采集。6. 待数据采样结束后鼠标双击实验课题系统频率特性测量波德图观测即可在显示区内显示出所测量的波德图。 四、实验结果与分析1. 进行电路分析，求出系统传递函数，根据传递函数绘制波德图。2. 利用可测性检查工具，观察记录信源频率分别取不同值时系统输入及响应曲线，并由图形计算出系统幅频特性及相频特性。实验三 连续系统串联校正 实验报告系专业班级 学号姓名成绩指导教师一、实验目的 1、加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。 2、对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性。 二、实验仪器 1、EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2、计算机一台 三、实验内容 1、串联超前校正 （1）系统模拟电路图如图3-1，图中开关S断开对应未校情况，接通对应超前校正。图3-1 超前校正电路图 （2）系统结构图如图3-2图3-2 超前校正系统结构图 图中 2、串联滞后校正 （1）模拟电路图如图3-3，开关S断开对应未校状态，接通对应滞后校正。图3-3 滞后校正模拟电路图 （2）系统结构图示如图3-4图3-4 滞后系统结构图 图中操作步骤 1、启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。 2、测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 超前校正 3、连接被测量典型环节的模拟电路（图3-1）。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 4、开关S放在断开位置。 5、选中实验课题连续系统串联校正超前校正菜单项，鼠标单击将弹出参数设置窗口。系统加入阶跃信号。参数设置完成后鼠标单击确认测量系统阶跃响应，并记录超调量和调节时间。 6、开关S接通，重复步骤5，将两次所测的波形进行比较。并将测量结果记入表3-1中： 滞后校正 7、连接被测量典型环节的模拟电路（图3-3）。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 8、开关S放在断开位置。 9、选中实验课题连续系统串联校正滞后校正菜单项，鼠标单击将弹出参数设置窗口，系统加入阶跃信号。参数设置完成后鼠标单标确认测量系统阶跃响应，并记录超调量和调节时间。 10、开关S接通，重复步骤9，将两次所测的波形时行比较。并将测量结果记入表3-2中：四、实验结果与分析1. 记录的实验数据，分析校正前后系统性能。表3-1 超前校正系统 指 标校正前校正后阶跃响应曲线(秒)(秒)表3-2 滞后校正 指 标校正前校正后阶跃响应曲线(秒)(秒)2. 根据超前校正前后的系统传递函数，绘制超前校正前后系统的波德图，并从图上查出系统的幅值穿越频率及相位裕度。分析校正结果。实验四 状态空间分析与设计 实验报告系专业班级 学号姓名成绩指导教师 一、实验目的1. 加深理解能控性、能观性的概念及其判别准则。2. 运用状态反馈配置极点。3. 了解直线倒立摆系统的组成。4. 了解MATLAB的使用。 二、实验仪器二级倒立摆。三、实验内容1. 直线一级倒立摆的牛顿欧拉方法建模。2. 分析得到直线一级倒立摆的状态空间方程。3. 研究一级倒立摆的能控性和能观性。4. 分析一级倒立摆的稳定性。5. 计算得到状态反馈阵，使一级倒立摆闭环极点位于-1+2j，-1-2j，-2+j，-2-j，画出模拟结构图。6. 演示二级倒立摆控制。四、实验结果与分析1、写出直线一级倒立摆的状态空间方程。2、 使用MATLAB分析一级倒立摆的能控性和能观性。3、 用MATLAB分析一级倒立摆稳定性。4、 计算得到状态反馈阵，使一级倒立摆闭环极点位于-1+2j，-1-2j，-2+j，-2-j，画出模拟结构图。5、 本次实验你有何收获？