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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) 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”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: 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: 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
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