自动控制原理实验典型系统的时域响应和稳定性分析.docx
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自动控制原理实验典型系统的时域响应和稳定性分析
电子科技大学学院学生实验报告
系别:
机电工程学院专业：
探稗名秣：
自动控制原理实验
册级：
:
学号：
组别：
实酚名称：
腆型系统的时域响应和隐定性分折
实验时同:
学生成绩：
教加签名：
批改时间：
一、目的要*
1.研究二阶系纨的特征参量（§、3
（1）对过渡过棺的影响。
2.研究二阶对象的三种朋尼比下的响应曲线及系躱的梯定性。
3.熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系Saiii定性分折。
二、实验玻备
PCtn一台，TD-ACC教学实验系鋭-套
三、实验原理及容
1.典里的二阶系统稳定性分析
（1）
结构框图：
如图1.2-1所示。
图1.2-2
（2）
对应的模拥电路图：
如图1.2-2所示。
（3）理论分林
系统开坏传递函数为:
（4）实验容
先算出临界阳尼、欠阳尼、过皿尼时电阻R的Jlifcffi,再垢理论H应用于模抵电路中,
观察二阶系统的动态性能giStt,应与理论分折星本M0&O在此实騎中（图1.2-2）,
T.=ls,I=0.2j,=>A>2%
系貌闭坏传递函数为:
S2+2血上十曲
其中自然振葫角碩率:
2.典里的三阶系统稳定性分析
（1）结构框图：
如因1.2-3所示。
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机电工程学院专业：
课程名称：
组别:
册级：
:
学号：
实騎名称：
实验时同:
学生成玻:
教师签名:
批改时间：
（3）理论分林:
系统的开环传函为:
碎"5）=心赧“（其中尺=-^%）,
系鋭的特征方程为:
;1+G⑶丹⑸=0=>5J+1253+2tkj+20AT二0
（4）实验§：
实验甫由Routh判斷得Routh行列式为:
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课程名秣：
自动押匍原理实验
册级：
:
学号：
组别：
实騎名称：
实验时同:
学生成绩：
教师签名:
批改时间：
2020K
（-5K.3）+20
20K
为了保证系躱稳定，第一列各值应为正数，所以有
-A：
+20>0
3
20K>（I
fix实验步骤
设路了锁零场效应管，所以运故具有锁零功能。
将开关设在"方渋”档，分别闕节週幅和嗚频
电位器，使得“OUT”端输出的方波輻值为1V,周期为10s左右。
2.典世二阶糸统險态性能指林的测试
（1）按模抓电路图1.2-2接线，将1中的方波信号接至MAS,®R=10Ko
（2）用示於器规察系竦响应曲线C（t）,9量并记录趙iflMP、峰值时同tp和调节时同tS0
（3）分别按R=50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线C（t）,«量并记录
11能指标MP.tp和ts,员系説的稳定性。
并措测量值和廿算ffiiail比较（实勁前必须按公貳廿
算出）。
垢实验结果頃人表中。
表1・2・1中已填人了一组参考测量值，供参照。
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些口
:
字万：
组别：
实验名称：
实醴时间：
学生成绩：
教师签名:
批改时间：
3.典型三阶系统的U能
（1）按图1.2-4接玻，将1中的方波信号接至輸人端,取R=30Ko
（2）规察系统的响应曲线，并记录波形。
（3）斛开坏增益（R=41.7K；100K）,观察响应曲线，并将实验给果填入表中。
表1.2-2中巳填入了一组参考測量值，佻参照。
参数
锁目
R保⑵
K
wn
4
C
（tp）
C
（»）
Mp（%）
tp（s）
侣（5）
响应
况
理论值
测值
理论值
ft
值
理
论
值
测量值
gvl
欠阻尼
10
20
10
1
4
1.4
1
44
43
032
038
1.6
1.5
衰
振
50
4
2、g
百
V
1J
1
II
10
0.85
0.9
1.6
1.7
—临界
81尼
160
5
4
2.5
1
无
1
无
1.9
2.5
单调描数
过阻尼
200
1
75
百
2
无
1
无
无
2.9
3.5
调数
其中Mp=et=—二丄，C（tp）二l+e
oJl-C2純
表1.2-1
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:
学号：
组别：
实验名称:
实验时同:
学生成集:
教师签名:
批改时间：
R（g
开环增益K
稳定性
30
16.7
不稳定发故
41.7
12
临孔隐定等懾振協
100
5
•稳定衰窝收姣
表1.2-2
A.实验数据处理
1.典塑二阶系统瞬态性能指标的测试
模扭电路图:
①®R=10K
学生成绩:
教师签名:
批改时间：
=312.5ms
[V1-V2：
=435.9mv
:
.8f
0
•
■-|
/
\7
1
1
1
1111
/
1
1
1
•
1
1■11111
1111■11
1■11111
1111■11
1111111
1111111
11■1111
1
1
1
1
1
1
1
1
1
T:
500ms格
CH1:
500mw格
CH2:
500mu格
[T1-T2I
=1.372s
[V1-V2：
=25.6mv
<=2
/
■
.——1
/
y二
11jg1
/
■
■
■
1
T:
200ms•格
CH1:
50伽抽格
CH2
500mw格
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②®R=20K
[T1-T2J=465.6ms（V1-V2j=294.9mv
（T1-T2i=1.519s[V1-V2I吐25.8mv
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批改时间：
③取R=50K
rT1-T2j=853.1ms[V1-V2i=115.4mv
（T1-T2j=1.394&[V1-V2I=2S.6mv
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:
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教师签名:
批改时间：
④®R=100K
2=1.216&
0.82Hz
M-V2!
=25.6mv:
V1-V2：
=25.6mv
数\\
Rg
K
my
cOR）
\—/c（00
沟w（
9®（
ts（s）
响应情况
理论值
测量
值
理论值
测量值
理论值
测量值
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
a
过阻尼
□
□
□
□
□
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:
学号：
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实验名称:
实验时同:
学生成集:
教师签名:
批改时间：
2•典型三阶系筑的性能
模拥电路图
学生成绩：
教帅签名：
批改时间:
②51R=100K
R（KG）
开坏増益K
稳定性
七、实验结果分林
1.典型二阶系统瞬态性能常标的测试
由曲80nJiH,随着电P8R的增大，超调量Mp简来越小,到达峰値的时间tp越来越矯，其调节时间与电KIR无关。
2.典塑三阶系统的性能
当Rv41.7K12时，系就不稳定发散；当R=41.7KQRPK=12时，系就临界梯定等幅振蒲；当/?
>41.7KQP|0<7C<12IH,系统梯定衰械收敛。
由曲线图nJIII,当7?
=41.7K时，系统处于衰减收以，理沦应当处于系貌临界稳定等幅掠葫。
由于电阳有锲差,便得测量18比理论值小。
在误差允许的围,可视为等編扳葫。
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八、思考题
1.在实验裁路中咖何确保系统实现负反馈？
由干实呀中运用的运算笊大器那是反向廉大器，因此其本身的反馈RP为负反锁，在实验中只要保址有奇数个反向放大器就可以保征系统为负反债；如果实验屮UHtitis算故大器，那么系筑垢构ffiiEgfllo
2.实验中的阶狀信号的帽值变化围如何考虑？
不应该过大，因为軟件的测量围有限，如果幅值过大，便测量的曲线不完整。
3.有那些播施能增加系统稳定度？
它们对系统的11能有什么»«?
在保证开环増益大于0的情况下，两小开坏增益，可糸统的梯定度；但是系统开坏增益騷小将会导致系统响应会变慢。
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