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 课程名称：自动控制原理实验 专业：机电工程学院 系别：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 三、实验原理及内容 1典型的二阶系统稳定性分析 所示。 1.2-1 (1) 结构框图

2、：如图 1.2-(2)对应的模拟电路图：如 1.2-2所示 1.2-2图 电子科技大学中山学院学生实验报告 课程名称：自动控制原理实验专业：机电工程学院 系别： 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 所示。 1.2-3 结构框图：如图

3、(1) 电子科技大学中山学院学生实验报告 课程名称：自动控制原理实验 专业：机电工程学院 系别： 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。 1.2-4(3理论分析 系统的特征方程为: (4) 实验内容： 行列式为：Routh 判断得Routh 实验前由 电子科技大学中山学院学生实验报告 课程名称：自动控制原理实验系别： 专业：机电工程学院班级： 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

4、验步将信号源单元的S”端插针与”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元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 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

5、的稳定性。并将测量值和计算值进行比较 (实验前必须按公式计 中已填入了一组参考测量值，供参照。 1.2-1 。将实验结果填入表中。表)算出 电子科技大学中山学院学生实验报告 机电工程学院课程名称：自动控制原理实验 系别：专业： 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

6、量值，供参照。 表 1.2-1 电子科技大学中山学院学生实验报告 课程名称：自动控制原理实验 系别：专业： 机电工程学院 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： R=10K 电子科技大学中山学院学生实验报告 机电工程学院课程名称：自动控制原理实验 系别：专业： 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 课程名称：自动控制原理实验机电工程学院专业：系别： 班级： 姓名： 学

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

8、 实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间： 2. 典型三阶系统的性能 模拟电路图 取R=41.7K 电子科技大学中山学院学生实验报告 机电工程学院课程名称：自动控制原理实验 系别：专业： 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： 取R=100K K?开环增益K 稳定性 ) R( 七、实验结果分1典型二阶系统瞬态性能指标的测由曲线图可知，随着电的增大，超调M越来越小，到达峰值的时t越来越短，调节时间与电无关2典型三阶系统的性4?4?11时，系统临界时，系统不稳定发散；4?1时，系统稳定衰减收敛定等幅振荡；4时由曲线图可知系统处

9、于衰减收敛理论应当处于系统临界稳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。