自动控制原理实验一Word文件下载.docx

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3.掌握系统动态性能的测试方法。

二、实验内容

1.设计并搭建一阶系统、二阶系统的模拟电路；

2.观测一阶系统的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；

3.观测二阶系统的阻尼比0<

<

1时的单位阶跃响应曲线；

并求取系统的超调量

、调节时间ts（Δ=±

0.05）；

并研究参数变化对其输出响应的影响。

三、实验结果

（一）一阶系统阶跃响应研究

1.一阶系统模拟电路如图1-1所示，推导其传递函数G（s）=K/（Ts+1），其中R0=200K。

图1-1一阶系统模拟电路

2.将阶跃信号发生器的输出端接至系统的输入端。

3.若K=1、T=1s时，取：

R1=100K，R2=100K，C=10uF

（K=R2/R1=1，T=R2C=100K×

10uF=1）。

当T=1，光标为起点和终值：

光标为起点和0.95的终值：

传递函数为:

（R2/R1）/（R2CS+1）

4若K=1、T=0.1s时，重复上述步骤

（R1=100K，R2=100K，C=1uF（K=R2/R1=1,T=R2C=100K×

1uF=0.1））。

当T=0.1时，光标为起点和终值;

光标为起点和0.95终值:

6.保存实验过程中的波形，记录相关的实验数据.，参数变化对系统动态特性的影响分析。

传递函数为:

（R2/R1）/（R2CS+1）,t=3T，

当T减小需要达到稳定的时间也会减少，

（二）二阶系统阶跃响应研究

二阶系统模拟电路如图1-2所示，Rx阻值可调范围为0～470K。

图1-2二阶系统模拟电路

传递函数为

1.

值一定（取

）时：

1.1当

=0.2时，各元件取值：

C=1uF，R=100K，RX=250K（实际操作时可用200k+51k=251k代替），理论计算系统的

，ts（Δ=±

0.05），记录此时系统的阶跃响应曲线（阶跃信号的幅值自定），在曲线上求取系统的

0.05），并与理论值进行比较。

光标为起点和终值：

光标为峰值和终值：

光标为终值上下%5：

光标为起点和达到稳定：

光标为相邻波峰：

由公式可得超调量为%52.74，调节时间为1.5，振荡周期为0.65

1.2当

=0.707时，各元件取值：

C=1uF，R=100K，RX=70.7K（实际操作时可用20k+51k=71k代替），理论计算系统的

光标为峰值到终值：

光标为起点和到达稳定：

由公式可得超调量%4.2，调节时间为0.4243

1.3研究当

值一定时，系统参数

对系统性能的影响。

2.

值一定（

=0.2）时：

2.1当

时，各元件取值：

R=100K，RX=250K，C=10uF，记录此时系统的阶跃响应曲线（阶跃信号的幅值自定），在曲线上求取系统的

0.05），和振荡周期。

光标为终值和峰值：

震荡周期，光标为相邻波峰：

由公式可得超调量为%52.69，调节时间为15，震荡周期为6.4

2.2当

C=1uF，R=100K，RX=250K，记录此时系统的阶跃响应曲线（阶跃信号的幅值自定），在曲线上求取系统的

光标为终值上下%5:

由公式可得超调量为%52.69，上升时间为1.5，振荡周期为0.65

2.3研究当

四、实验思考题

1.为什么实验中实际曲线与理论曲线有一定误差？

答：

选择的电子元器件,输入输出曲线,不可能像理论那样的线性,再加上元器件都有温度特性曲线.器件参数都有误差.综合起来,电路模拟实验中实际曲线和理论曲线有一定的误差是正常的。

2.如果阶跃输入信号的幅值过大，在实验中会产生什么后果？

系统的响应特性不会改变，将会使系统的稳态值过大，峰值可能会很大，可能因幅值过大而发生失真。

3.在电路模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？

答:

将输出信号用导线经过反馈环节返回到输入端可以实现负反馈，如果无反馈环节，直接用导线，则是单位反馈。

结论：

在自然角频率一定时随着阻尼比的增大，系统变得越来越稳定，当阻尼比为0.707时系统达到临界稳定，当越过0.707后开始系统变得不稳定；

当阻尼比一定时，超调量与调节时间随之确定，不会随着自然角频率的改变而改变，当自然角频率变大时，系统的震动频率随之变小。