自动控制原理实验 典型系统的时域响应和稳定性分析

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：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

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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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