二阶瞬态响应特性与稳定性分析.docx

1、二阶瞬态响应特性与稳定性分析二阶瞬态响应特性与稳定性分析 作者: 日期： 广西大学实验报告纸组长：组员：指导老师:成绩:学院：电气工程学院专业:自动化班级:163实验内容:实验五 二阶瞬态响应特性与稳定性分析018年月11日【实验时间】018年 5月 11日【实验地点】 综合88【实验目的】1、以实际对象为基础,了解和掌握典型二阶系统的传递函数和模拟电路图。2、观察和分析典型二阶系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的响应曲线。3、学会用MATLAB分析系统稳定性。【实验设备与软件】1、Multisim 1电路设计与仿真软件2、labACT试验台与虚拟示波器3、MALAB数值分析软件【实验原理】1、被

2、模拟对象模型描述 永磁他励电枢控制式直流电机如图1（）所示。根据icoff定律和机电转换原理，可得如下方程 （1） （） ()式中,各参数如图(a)所示:L、R为电机和负载折合到电机轴上的转动惯量，是折合到电机轴上的总的负载转矩，b是电机与负载折合到电机轴上的粘性摩擦系数；kt是转矩系数(Nm/)，e是反电动势系数(Vs/ad)。令(电磁时间常数),（机械时间常数),于是可由这三个方程画出如图1(b）的线性模型框图。将l看成对控制系统的扰动,仅考虑先行模型框图中的传递函数为 (）考虑到电枢电感较小，在工程应用中常忽略不计，于是上式转化为 （）式中，为传动函数，为机电时间常数。本实验中，去，传动

3、系数可变。2、系统的稳定性 线性系统稳定的充要条件是闭环系统特征值均在左半平面。3、接线和操作 输入信号产生的操作方法:用信号发生器（B1)的阶跃信号输出和幅度控制电位器构造输入信号r（t)，即B单元中电位器的左边3开关拨下（GN),右边4开关拨下（/+V阶跃）。阶跃信号输出(B1-2的Y测孔）调整为2.5V（调试方法：调节电位器,用万用表测量Y测孔)。 构造有源放大电路用模拟运算单元和阻容库A1-A9资源。 输入和输出信号的测量利用虚拟示波器，直接将信号接入CH1和H2测孔，运行LABACT程序,打开单迹示波器或双迹示波器,便可以得到波形。【实验内容、方法、过程与分析】1、用运算放大器搭建出

4、实验原理给出的电机模型,并在Mulim10中仿真，选择合适的电阻R0改变速度增益K0,观察和分析典型二阶系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的响应曲线，并记录波形、超调量、峰值时间、调节时间。并计算出在欠阻尼下阶跃信号输入时的动态指标，与仿真时的测量值进行比较。lsitm仿真电路图如下所示表1：Msti仿真数据记录表格及实验波形参数项目电阻（）增益(/s)自然频率(计算值)(1/s)阻尼比(计算值）超调量峰值时间（s)调节时间()测量值计算值测量值计算值测量值计算值过阻尼02421.1815156临界阻尼42.5511.021.5欠阻尼23.43.8160844.5060.61.11.2205.0.

5、7071.1.0.60.40.970.9741.80.31635.13.0210.25.9609 R10k R=2.4k R=20kR=k =50k、用运算放大器搭建出实验原理给出的电机模型，在lbACT实验平台上实验，选择合适的电阻R0改变速度增益K0,观察和分析典型二阶系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的响应曲线,并记录波形、超调量、峰值时间、调节时间。并计算出在欠阻尼下阶跃信号输入时的动态指标，预实验测量值比较。表2：实验数据记录表格及实验波形参数项目电阻(k）增益（1s)自然频率（计算值）（/)阻尼比（计算值)超调量峰值时间(s)调节时间（s）测量值计算值测量值计算值测量值计算值过阻尼2.

6、471.1515.6临界阻尼025511.015欠阻尼2.46.86.30.84.1.0550.651.11220.070.70715.16.0.40.80.974515.80.164.56.0.1250.0.96过阻尼临界阻尼欠阻尼分析实验:1、比较过阻尼和临界阻尼达到稳定的时间,分析它们之间存在差异的原因?答:调节时间一般近似表达式为（按%误差),可知决定系统响应的快速性,所以临界阻尼情况下系统达到稳定的时间比过阻尼短。2、在欠阻尼情况下，随着阻尼比的改变,超调量、平稳性和调节时间会怎样变化？答:阻尼比越小，超调量越大、达到峰值的时间和调节时间越小。3、过阻尼、临界阻尼和欠阻尼情况下曲线在同一坐标系如下图所示。4、对于欠阻尼系统,如果阶跃输入信号过大，会在实验和实际中产生什么后果？答:会使波形超出示波器显示范围，造成失真,影响实验测量和图形的读取。【实验总结】通过这次实验，我对二阶系统瞬态响应和稳定性有了更深刻的理解,虽然实验过程中因为仪器问题出了几次差错,但是在老师和学姐的帮助下,还是克服了困难,数据有些偏差,但是影响不大，同时让我对图像得理解更加清晰,总之,这次实验收获颇多。