二阶系统的阶跃响应.doc

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1、【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

2、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=2

3、00K，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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、，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

10、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

11、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

12、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？