自动控制原理实验典型系统的时域响应和稳定性分析24232.pdf

-.z.电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：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：-.z.一、目的要求 1研究二阶系统的特征参量(、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 判据对三阶系统进展稳定性分析。二、实验设备 PC 机一台，TDACC 教学实验系统一套 三、实验原理及容 1典型的二阶系统稳定性分析(1)构造框图：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。图1.2-2 电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：学 号：组别：实验名称：实验时间：-.z.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：；开环增益：(4)实验容 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，应与理论分析根本吻合。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)构造框图：如图 1.2-3 所示。电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：学 号：组别：-.z.实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：图 1.2-3(2)模拟电路图：如图 1.2-4 所示。图 1.2-4(3)理论分析：系统的特征方程为:(4)实验容：实验前由 Routh 判断得 Routh 行列式为：电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 -.z.班级：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展比拟(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。电子科技大学学院学生实验报告-.z.系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：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。(3)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 -.z.电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：学 号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：-.z.表 1.2-2 六、实验数据处理 1.典型二阶系统瞬态性能指标的测试 模拟电路图：取 R=10K 电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：学 号：组别：实验名称：实验时间：-.z.学生成绩：教师签名：批改时间：电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：学 号：组别：-.z.实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：取 R=20K 电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 -.z.班级：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 电子科技大学学院学生实验报告-.z.系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：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 -.z.电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：学 号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：-.z.2.典型三阶系统的性能 模拟电路图 取 R=41.7K 电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：学 号：组别：实验名称：实验时间：-.z.学生成绩：教师签名：批改时间：取 R=100K R(K)开环增益 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7.41R即12K时，系统不稳定发散；当7.41R即12K时，系统临界稳定等幅振荡；当7.41R即120 K时，系统稳定衰减收敛。由曲线图可知，当7.41R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。在误差允许的围，可视为等幅振荡。电子科技大学学院学生实验报告 系别：机电工程学院 专业：课程名称：自动控制原理实验 班级：学 号：组别：-.z.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应？由于实验中运用的运算放大器都是反向放大器，因此其本身的反应即为负反应，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应；如果实验中又偶数个运算放大器，那么系统将构成正反应。2.实验中的阶跃信号的幅值变化围如何考虑？不应该过大，因为软件的测量围有限，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？在保证开环增益大于 0 的情况下，减小开环增益，可以增加系统的稳定度；但是系统开环增益减小将会导致系统响应会变慢。