自动控制实验报告二二阶系统阶跃响应Word文档格式.docx

1、超调量%：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） 检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中实验，点击按钮，出 现参数设置对话框设置好参数，按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。3） 连接被测量典型环节的模拟电路。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，将两个积分电容连在模拟开关上。检查无误后接通电源。4） 在实验项目的下拉列表中选择实验二二阶系统阶跃响应 。5） 鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实

2、验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果6） 利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量： YMAX - Y %=100% Y TP与TP：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到TP与TP。四、实验内容 典型二阶系统的闭环传递函数为 2n （S）= （1） s22ns2n其中 和n对系统的动态品质有决定的影响。 构成图2-1典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 图2-1 二阶系统模拟电路图电路的结构图如图2-2： 图2-2 二阶系统结构图系统闭环传递函数为 （2）式中 T=RC，K=R2/R1。比较（1）、（

3、2）二式，可得 n=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n。今取R1=200K，R2=100K和200K，可得实验所需的阻尼比。电阻R取100K，电容C分别取1f和0.1f,可得两个无阻尼自然频率n。五、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路。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，将两个积分电容得两端连在模拟开关上。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.测查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，

4、点击现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。4.在实验项目的下拉列表中选择实验二二阶系统阶跃响应, 鼠标单击5.取n=10rad/s, 即令R=100K，C=1f；分别取=0.5、1、2，即取R1=100K，R2分别等于100K、200K、400K。输入阶跃信号，测量不同的时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。6.取=0.5。即电阻R2取R1=R2=100K；n=100rad/s, 即取R=100K，改变电路中的电容C=0.1f（注

5、意：二个电容值同时改变）。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量p和调节时间Tn。7.取R=100K；改变电路中的电容C=1f,R1=100K,调节电阻R2=50K。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录Tp和p的数值。8.测量二阶系统的阶跃响应并记入表中六、实验报告1.画出二阶系统的模拟电路图，讨论典型二阶系统性能指标与，n的关系。延迟时间td:增大无阻尼自然振荡频率或减小阻尼比，都可以减少延迟时间。即，当阻尼比不变时，闭环极点距s平面的坐标原点越远，系统的延迟时间越短；而当无阻尼自然频率不变时，闭环极点距s平面虚轴越近，系统的延迟时间越短。上升时间tr：

6、要减小上升时间，当阻尼比一定时，需增大无阻尼自然振荡频率n ;当n 一定时,需减小.峰值时间Tp:T p=/,和阻尼振荡频率成反比。最大超调量Mp：Mp=可知最大超调量仅和阻尼比有关系，与无阻尼自然振荡频率无关。随着阻尼比的增大，最大超调量单调的减小。调节时间Ts：=可知调节时间和闭环极点的实部数值成反比，闭环极点的实部数值越大，即极点离虚轴的距离越远，系统的调节时间越短。2.把不同和n条件下测量的Mp和ts值列表，根据测量结果得出相应结论。实验结果参数%tp（ms）ts（ms）R =100KC =1fn=10rad/sR1=100KR2=0K=095.2%24931413R2=50K=0.2

7、542.7%2611448R2=100K=0.515.5%332688R1=50KR2=200K=1030000997C1=C2=0.1fn=100rad/sR1= 100K14.6%2962213由计算结果与理论值比较发现，测得结果中，超调量较理论值偏小，调节时间较理论值偏大，但很接近理论值，在误差允许范围内。产生偏差的原因可能是实际测量中有能量的损耗。3.画出系统响应曲线，再由ts和Mp计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。当C=1uf,=0，n=10rad/s时，响应曲线：计算得：=0.0157，n=12.62rad/s,所以实际系统传递函数是 而理论传递函数是实际值与理论

8、值存在误差，但是在可允许的范围内。当C=1uf，=0.25，n=10rad/s时, 响应曲线是：=0.262，n=12.47rad/s实际系统传递函数是：理论传递函数是：实际值与理论值存在误差，在误差允许范围内。当C=1uf，=0.5，n=10rad/s时, 响应曲线是：=0.510，n=11.00rad/s实际传递函数是 理论传递函数是 实际值与理论值有误差，在误差范围内允许。当C=1uf，=1，n=10rad/s时，响应曲线：=1，n=10rad/实际传递函数与理论传递函数相同：实际值与理论值基本不存在差异。当C=0.1uf，=0.5，n=100rad/s时，响应曲线：=0.522，n=129.85rad/s实际传递函数是：实际值与理论值存在误差，在允许范围内。当C=0.1uf，=1，n=100rad/s时，响应曲线：=1，n=100rad/s实际值与理论值基本不存在误差。实验总结：通过这次实验，我了解了n，对二阶系统的影响，更深入的了解二阶系统的响应特点。同时，实际值和理论值存在着一定的误差，可能是系统内部的能量损耗导致的，这在以后的自动控制实践中，是一定要考虑的。