自动控制原理实验典型系统的时域响应和稳定性分析.docx

1、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中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称：典型系统的时域响应和稳定性分析 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：一、目的要求1研究二阶系统的特征参量 (、n) 对过渡过程的影响。2研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。3熟悉 Routh 判据，用 Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。二、实验设备 PC机一台，TDACC教学实验系统一套3、实验原理及内容1典型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、(2) 对应的模拟电路图：如图 1.2-2 所示。 图1.2-2电子科技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：(3) 理论分析系统开环传递函数为：；开环增益：(4) 实验内容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻 R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图 1.2-2)，系统闭环传递函数为：其中自然振荡角频率：2典型的三阶系统稳定性分析(1) 结构框图：如图 1.2-3 所示。电子科技大学中山学院

3、学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：图 1.2-3(2) 模拟电路图：如图 1.2-4 所示。图 1.2-4(3) 理论分析： 系统的特征方程为:(4) 实验内容： 实验前由 Routh 判断得 Routh 行列式为：电子科技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有五、实验步骤1将信号源单元的“ST

4、”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为 1V，周期为 10s 左右。2. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试(1) 按模拟电路图 1.2-2 接线，将 1 中的方波信号接至输入端，取 R = 10K。(2) 用示波器观察系统响应曲线 C(t)，测量并记录超调 MP、峰值时间 tp和调节时间 tS。(3) 分别按 R = 50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线 C(t)，测量并记录性能指标 MP、tp和 ts，及系统的稳定性。并将测量值和计

5、算值进行比较 (实验前必须按公式计算出)。将实验结果填入表中。表 1.2-1 中已填入了一组参考测量值，供参照。电子科技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：3典型三阶系统的性能(1) 按图 1.2-4 接线，将 1 中的方波信号接至输入端，取 R = 30K。(2) 观察系统的响应曲线，并记录波形。(3) 减小开环增益 (R = 41.7K；100K)，观察响应曲线，并将实验结果填入表中。表 1.2-2 中已填入了一组参考测量值，供参照。表 1.2-1 电子科

6、技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：表 1.2-2六、实验数据处理1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试模拟电路图：1取R=10K电子科技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：电子科技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩

7、： 教师签名： 批改时间：2取R=20K电子科技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：3取R=50K电子科技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：4取R=100K电子科技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名：

8、批改时间：2. 典型三阶系统的性能模拟电路图1取R=41.7K电子科技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：2取R=100KR()开环增益K稳定性七、实验结果分析1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试由曲线图可知，随着电阻R的增大，超调量Mp越来越小，到达峰值的时间tp越来越短，其调节时间与电阻R无关。2. 典型三阶系统的性能当即时，系统不稳定发散；当即时，系统临界稳定等幅振荡；当即时，系统稳定衰减收敛。由曲线图可知，当时，系统处于衰减收敛，理论应当处于系统临界稳

9、定等幅振荡。由于电阻有误差，使得测量值比理论值小。在误差允许的范围内，可视为等幅振荡。电子科技大学中山学院学生实验报告系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学 号： 组别：实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：八、思考题1. 在实验线路中如何确保系统实现负反馈？由于实验中运用的运算放大器都是反向放大器，因此其本身的反馈即为负反馈，在实验中只要保证有奇数个反向放大器就可以保证系统为负反馈；如果实验中又偶数个运算放大器，那么系统将构成正反馈。 2. 实验中的阶跃信号的幅值变化范围如何考虑？ 不应该过大，因为软件的测量范围有限，如果幅值过大，使测量的曲线不完整。3. 有那些措施能增加系统稳定度？它们对系统的性能有什么影响？ 在保证开环增益大于0的情况下，减小开环增益，可以增加系统的稳定度；但是系统开环增益减小将会导致系统响应会变慢。