中南大学典型系统地时域响应和稳定性分析报告实验报告材料

1、实用文档实 验 报 告实验名称 典型系统的时域响应和稳定性分析系信息院专业 班 姓名 学号 授课老师 预定时间实验时间实验台号、目的要求1 .研究二阶系统的特征参量 (E、3 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、原理简述1典型的二阶系统稳定性分析(1) 结构框图：如图所示。K(S) *2典型的三阶系统稳定性分析(1)结构框图：如图所示。图 1.2-3装订线G芒旳一1畑3)(2) 理论分析系统开环传递函数为:1 - G(S)H(S = 0=S3-12S: +205 - 20A：=0系统

2、的特征方程为：二、仪器设备PC机一台，TD-ACC+或TD-ACS)教学实验系统一套。四、线路示图122 典型的三阶系统稳定性分析五、内容步骤1 典型的二阶系统稳定性分析实验内容：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。系统闭环传递函数为：卜 =S -2pS +(y; = S +5S-K其中自然振荡角频率：阻尼比：尸J 2仇402 典型的三阶系统稳定性分析 实验内容 实验前由Routh判断得Routh行列式为:s3120s:1220Ks1(-5K3-20020K0为了保证系统稳定，第列各值应为正数，所以有

3、得：= R 417KnK=12= R = 417KDK 12二 R41.7Kfl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置了锁零场效应管，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 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 MR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

4、察响应曲线 C(t)，测量并记录性能指标MR 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 1.2-1中。表1.2-2中已填入了一组参考测量值，供参照。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1.2-3中。表1.2-4中已填入了一组参考测量值，供参照。六、数据处理典型的二阶系统稳定性分析波形(1) R=10k时波形图盯1 -T2| 二 9201VI-V2|

5、 = 440.Q1 flT1 -I2I = 305 HzM= 44D.D mvT 1 诙容CHI. 1v4SCH2:(2) R=50k时波形图|T1 =T2| Si 2.5 I i ii ii i i i-i !1111111i11T: 500耐胳CHI: 1甬CH2 1典型的三阶系统稳定性分析波形(1) R=30K时波形图T: 1 曲CH1.CH2: 1vZ(2) R=47.1K时波形图|T1 -T2| = 23 4 iw|V1 -V2| - 517.6 rnv(3) R=100K时波形图|T1 -T2| = 234.4 msf/1 -V2| 二 S1 7.S rm1J1T1 -T2| -

6、4 27 Hz(V1-V2I 丘 51 ? mv七、分析讨论1、典型二阶系统瞬态性能指标实验测试值顼目R网）onC 仰）C()Mp (%)tp (s)対(s)应情况理值&理 论 值* 值理论值值欠阻尼102010171.4144440.320. 3281.6I. 672哀减楊50A2J5411|111150,850,8121,61, 3754=1临界阻尼160542.51无1无1,92. 273单谓过阻尼2001无12.93” 13单谓数2、典型三阶系统在不同开环增益下的响应情况实验测试值开环増益K5016. 7不稳定岌敢41 .712临界卷定薯幅振巒1005稳定衰喊临散经过这次实验，我觉得我不仅更加深刻了解了 TD-ACC实验系统的使用，也收获 了课堂上所得不到的知识，对系统的时域响应和稳定性有了更进一步的理解。的确， 亲自动手实验能使自己受益匪浅。首先，在试验系统的使用中，熟练利用虚拟仪器， 调整输出的方波是非常的方便的。通过对实验所得波形与数据的分析，我总结了一 下几点：（1）通过调整系统的参数可改变系统阻尼系数，从而改变系统动态性能。（2）当阻尼系数小于1为欠阻尼，阻尼系数越小，系统超调越大，峰值时间 越小，调整时间越大。（3）当阻尼系数等于1为临界阻尼，无超调，调整时间最小。(4) 当阻尼系数大于1为过阻尼，阻尼越大，响应越慢，调整时间越大。总