控制系统的瞬态响应及其稳定性分析-00219204.pdf

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1、实验二 控制系统的瞬态响应及其稳定性分析 一实验目的 1了解掌握典型二阶系统的过阻尼、临界阻尼、欠阻尼状态；2了解掌握典型三阶系统的稳定状态、临界稳定、不稳定状态；3研究系统参数变化对系统动态性能和稳定性的影响。二实验内容 1搭建典型二阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量%、峰值时间 tp 以及调节时间 ts，研究其参数变化对典型二阶系统动态性能和稳定性的影响；2搭建典型三阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量%、峰值时间 tp 以及调节时间 ts，研究其参数变化对典型三阶系统动态性能和稳定性的影响。三实验步骤 1 典型二阶系统的响应曲线

2、图 1-2-1 是典型二阶系统原理方块图，其中 T0=1S，T1=。图 1-2-1 典型二阶系统原理方块图 开环传函：)12.0()1()(11SSKSTSKSG其中 K=K1/T0=K1=开环增益 闭环传函：2nn22nS2S)S(W其中011nTT/K 110TK/T21 表 1-2-1 列出有关二阶系统在三种情况（欠阻尼，临界阻尼，过阻尼）下具体参数的表达上式，以便计算理论值。至于推导过程请参照有关原理书。R(S)E(S)C(S)ST01 111STK+-表 1-2-1 一种情况 各参数 10 1 1 K K=K1/T0=K n 10115/KTTKn 1111025/21KKTKT C

3、(pt)21/Pe1)t(C C()1 pM(%)21/PeM pt(s)2nP1t st(s)ns4t 典型二阶系统模拟电路如图 1-2-2 所示 100K 100K R2 100K 图 1-2-2 典型二阶系统模拟电路 图中：R1=100K、R2=100K、R3=100K、R4=500K、R6=200K R7=10K、R8=10K、C1=、C2=R5 为可选电阻：R516K 时，二阶系统为欠阻尼状态 R5160K 时，二阶系统为临界阻尼状态 R5200K 时，二阶系统为过阻尼状态 输入阶跃信号，通过示波器观测不同参数下输出阶跃响应曲线,并记录曲线的超调量%、峰值时间 tp 以及调节时间 t

4、s。2典型三阶系统的响应曲线 典型三阶系统的方块图：见图 1-2-3 图 1-2-3 典型三阶系统原理方块图 开环传递函数为：)1ST)(1ST(SK)S(H)S(G21，其中021T/KKK（开环增益）典型三阶系统模拟电路如图 1-2-4 所示 111STK 122STK R(S)C(S)ST01+-图 1-2-4 典型三阶系统模拟电路 图中：R1=100K、R2=100K、R3=100K、R4=500K、R5=100K、R6=100K、R7 为可调电阻、R8=500K、R9=10K、R10=10K、C1=、C2=开环传函为)15.0)(11.0(/500)()(7SSSRKSHSG（其中

5、K=500/R）系统的特征方程为02020120)()(123KSSSSHSG KRK67.41120 系统稳定 由 Routh 判据，得 KRK67.4112 系统临界稳定 KRK67.4112 系统不稳定 输入阶跃信号，仔细调节电位器，可以得到三阶系统处于不稳定、临界稳定和稳定的三种状态时的波形，通过示波器观测不同参数下阶跃响应曲线,并记录曲线的超调量%、峰值时间 tp 以及调节时间 ts。四实验结果 绘出二阶系统和三阶系统不同参数下的阶跃响应曲线，并填写相应的超调量%、峰值时间 tp 以及调节时间 ts 二阶系统状态 参数值 实测阶跃响应曲线 超 调 量%峰 值 时间 tp 调节时间 ts 100K R2 100K 100K 欠阻尼 临界阻尼 过阻尼 三阶系统状态 参数值 实测阶跃响应曲线 超 调 量%峰 值 时间 tp 调节时间 ts 不稳定状态 临界稳定状态 稳定状态