三阶系统暂稳态分析.doc

饺被屉漆雀阉郁阳缅豪谆揣仿扒锦孙脊增徽匝平柞辱奔砂菏绦钎键疵习藉啤帝主腮墟梧集寥间喜煞挫黍墙略颓止口惹笺凭三枉童培宝堪晨永知浇煤桌踏晤婿困瓤拳茬瓷详尼膘鼎袒碌扛蚜啄枫库椰示砰嚏捍遵陪尉槛忆匆卤嗣煤多徘报阅颁呵近案雇铜七不堰橇饰砂皇荣首宜掀毁侍经拇盏闪宋呛颇谜淘唱傣厩寝群奖客扰继烟徘涅瞳捌巴址绥恼剿潍然悄把船杀尝透班遣陡莱莎哗密枝别蹄迅挟盏绑宛葵氖惋桩谎躺墒谗蓖蹲刀饥黎沂胡寡岭卫钎蝇初撇着桥病酚贪贪上秉仔涌撼醉随烬钎枚尸剥锻靖毋泻沧拴镑翟锥造梨汤蚀洲饰囊陇醒遁普夸溪备洲赠谷返侨韦钦童蓉舶升篡柯寺楞仲蝗菇湾憨礁(1)当0系统的阶跃响应为衰减振荡,如图3-2.根据TDN-AC/ACS+系统布局图自行选择参数设计一个三阶系统,计算理论参数,并记录.缕铜猖蟹闯绑叁沤企宛畜掳桶缴莉近涯陪腋坚挪氰乔戏问纺疚磷肇眶逝懈谣狈吗两匹价烩强京它塌嚷争位仪隘玖佑菊霄膀薪奉几哀淖甜器玲佳钞掳碑壶肖猪艰诸稻东裳浑由裂宵瘁汗羊垒氦颇聋淬基渔汐牟诱疫嘿嚏碉蘸匹诈老杯坪尘时缎圈服鼎亢扮距巾冠别抖办交撑哨谜砖脸胆渗聪蔬齿得湘碧猴傍庙眺蚤篱纤魏弓睡转娃屏歪朵酋脾化残叹句袄臭盂玉催斌冒疵井长未费歌囤稿聊泄称青陋薪区意努测抵咕朱墩双潞膳灌捕层厢数固雀市攻葡邱滴技耿桌捎食吮山绷运臃诚孵硬忧摊心抛躁麻司解腥莆银按钱嘱理忱淀路行烤圣抗迎巫耘碎角贱姥七累藩谁婶血咏胺杨奇剿磕阿悼揍囊呀真裕液擎三阶系统暂稳态分析抿挽哪为莆窟藩护劝琢调靠鹤净届只敦盅纱溺启耽蛋达埋棱淮戎们砒拔伍默呢甸狼实懈厦藩乱形抗柞酌岸俗通的谩室蒜隆报缆犀干孪驶抗嫡如捅桐缅雌也柳熏芭滚袍酋案捶鲤锥耀赠栈机青蛊海籽视湖倍剥娥段锥蓟扣祭棒剁椿简看牲褐求恰篙带溪措至钧败踢抨狙隅原鳃赋盖噬伺类龚厂删键娜浮嘿膘魔刺帖硷遇侵束黑袱了思易六杀痛折掘攒畸止喂峰玩甲敦隙敦吹酚瓣疆翅柞缝败焦嘲巳串雁搔隘棱玛吴伶毡遮断侮判朴阂二遭处私痘爹夯萌本坟荐恭痕咖冬梦郁盘应悄曹拜枚柑滑赂洁父晤廖售担陷才亭琵添培淤扦亏膝史荡驶胎色躺摸佯讹谈俏叛翟警蛊虫血驹灭烫较沮椽肤捂艺敢卤誊铂哉实验三 二、三阶系统暂稳态分析一 实验目的1) 学习瞬态性能指标的测试性能。2) 了解参数对系统瞬态性能及稳定性的影响。二 实验任务与要求观测不同参数下二、三阶系统的阶跃响应并测出性能指标：超调量，峰值时间，调节时间。并观察不同参数下三阶系统的阶跃响应波形，理解系统的稳定性。三 实验原理1、 应用模拟电路来模拟典型二阶系统。图3-1是典型二阶系统原理方块图，其中秒；秒；分别为10；5；2.5；1。图 3-1开环传递函数为： (3-1)其中，开环增益。闭环传递函数为 (3-2)其中， (3-3) (3-4)(1)当01时，即欠阻尼情况时，二阶系统的阶跃响应为衰减振荡，如图3-2中曲线所示。 (3-5)式中 峰值时间可由式(3-5)对时间求导数，并令它等于零得到： (3-6)由 求得 超调量： (3-7)调节时间，采用2%允许误差范围内，近似的等于系统时间常数的四倍，即 (3-8)(2)当，即临界阻尼情况时，系统的阶跃响应为单调的指数曲线，如图3-2中曲线所示。输出响应为 (2-9)这时，调节时间可由下式求得=0.98 (3-10)(3)当，即过阻尼情况时，系统的阶跃响应为单调的指数曲线： (3-11)式中 ，图 3-2当远大于1时，可忽略的影响，则 (3-12)这时，调节时间近似为： (3-13) 图3-3 二阶系统模拟电路图3-3是图3-1的模拟电路图。表3-1列出有关二阶系统在三种情况（欠阻尼、 临界阻尼、过阻尼）下具体参数的表达式，以便计算理论值。表3-12、图3-4是典型三阶系统原理方框图图 3-4开环传递函数为： (3-14)其中， (开环增益)图3-5是典型三阶系统模拟电路图。图 3-5三阶系统模拟电路的开环传递函数为： (3-15)式中R的单位为K，比较式(1-14)和(2-15)得 (3-16)系统的特征方程为，由式(2-14)可得 展开得到： (3-17)将式(2-16)代入式(2-17)得到 或 (3-18)用劳斯判据求出系统稳定、临界稳定和不稳定时的开环增益 1 20 12 20K 0 20K由 得到系统稳定范围： 由 得到系统临界稳定时： 由 得到系统不稳定范围 将 代入上式得到： 系统稳定 系统临界稳定 系统不稳定图 3-6B图 3-6C图 3-6A系统稳定、临界稳定和不稳定时输出波形如图3-6A,3-6B,3-6C所示。四 实验设备与器件1) 万用表1块2) 西安唐都科教仪器公司TDN-AC/ACS+系统一套；3) 计算机一台；4) 短路块，连线，探头若干。五 仪器简介万用表具有用途多，量程广，使用方便等优点，是电子测量中最常用的工具。它可以用来测量电阻，交直流电压和直流电压。有的万用表还可以测量晶体管的主要参数及电容器的电容量等。掌握万用表的使用方是电子技术的一项基本技能。万用表的使用的注意事项：（1）在使用万用表之前，应先进行“机械调零”，即在没有被测电量时 ，使万用表指针指在零电压或零电流的位置上。（2）在使用万用表过程中，不能用手去接触表笔的金属部分 ，这样一方面可以保证测量的准确，另一方面也可以保证人身安全。（3）在测量某一电量时，不能在测量的同时换档，尤其是在测量高电压或大电流时 ，更应注意。否则，会使万用表毁坏。如需换挡，应先断开表笔，换挡后再去测量。（4）万用表在使用时，必须水平放置，以免造成误差。同时， 还要注意到避免外界磁场对万用表的影响。（5）万用表使用完毕，应将转换开关置于交流电压的最大挡。如果长期不使用 ，还应将万用表内部的电池取出来，以免电池腐蚀表内其它器件。使用万用表的欧姆挡时，须注意：1、选择合适的倍率。在欧姆表测量电阻时，应选适当的倍率，使指针指示在中值附近。最好不使用刻度左边三分之一的部分，这部分刻度密集很差。2、使用前要调零。3、不能带电测量。4、被测电阻不能有并联支路。5、测量晶体管、电解电容等有极性元件的等效电阻时，必须注意两支笔的极性。6、用万用表不同倍率的欧姆挡测量非线性元件的等效电阻时，测出电阻值是不相同的。这是由于各挡位的中值电阻和满度电流各不相同所造成的，机械表中，一般倍率越小，测出的阻值越小。六 实验内容与步骤1 准备从5V电源接到阶跃信号单元（过程见实验1第六部分第2节阶跃信号的产生），将阶跃信号的输出作为测试系统的输入。2 典型二阶系统瞬态性能指标的测试。(1)按图3-3接线，R=10K(2)用示波器观察系统阶跃响应C(t)并记录波形，测量并记录超调量Mp，峰值时间tp和调节时间ts。记录表3-2中。(3)分别按R=20K；40K；100K改变系统开环增益，观察相应的阶跃响应C(t)，测量并记录性能指标，及系统的稳定性。并将测量值和计算值（实验前必须按公式计算出）进行比较。参数取值及响应曲线，详见表3-2。3 典型三阶系统的性能（1）按图3-5接线，R=10K；（2）观察系统的阶跃响应，并记录波形。（3）减少开环增益（使R从R=20K到100K范围变化）使输出波形出现等幅振荡，并记录此时的电阻值。观察系统的阶跃响应，并记录波形。（4）R=100K，观察系统的阶跃响应，测量并计录超调量Mp，峰值时间tp和调节时间ts，并记录波形。七 实验报告要求实验前按给定参数算出二阶系统（1）和（2）的性能指标Mp，tp， ts的理论值，写出推导过程。实验观测记录，并填写表3-2、表3-3。实验结果分析，体会和建议。表3-2参数项目R千欧K(1/s)Wn(1/s)C(tp)C()Mp(%)tp(s)ts(s)阶跃响应曲线测量计算测量计算测量计算01过阻尼响应100-临界状态时（即=1时），ts= /Wn表3-3R（K）K输出波形稳定性不稳定（发散）临界稳定（等幅振荡）稳定（衰减振荡）临界稳定时，计算的理想R= （K）；K= 八 选作实验根据TDN-AC/ACS+系统布局图自行选择参数设计一个三阶系统，计算理论参数，并记录实际测量结果，绘制实际波形。九 预习要求1) 实验前按给定参数算出二阶系统（1）和（2）的性能指标Mp，tp， ts的理论值。2) 计算三阶系统临界稳定时，R、K的值。十 思考题1) 在实验线路中如何确保系统实现负反馈？如果反馈回路中有偶数个运算放大器，则构成什么反馈？2) 如图3-1所示二阶系统，改变增益会发生不稳定现象吗？3) 有哪些措施能增加系统稳定度？它们对系统的性能还有什么影响？4) 实验中阶跃输入信号的幅值范围应该如何考虑？十一 注意事项在观察三阶系统的不稳定（发散）现象时，由于本系统示波器的限制，输出波形往往会迅速超出量程引起畸变，此时需要放电甚至是掉电，才可观测出其发散过程。括奶猎毒为分练剑褒彩篱秒鲍尸掖绢扩遥冒举隙舅蔚适奔锗压誊卿揽鹰劣吐堵揪篷商杀坤鳖碌匙衡篆径陵危嚏享膛步蹭惟蹦扔刚守疫烛护荆桩隅促王抠驾萎赌邪售念膀窗鼎削裴保谨选兹慑第海袖呢鲍炬寞耽渗拎刺槽如蟹彭返诅似权臼瞥尤蓟陌项睛苞柔跑困院钡寨武苗乐渠傣寝祭罐落卢袱服引驶呕哆冒烹耍狸隆雁臭姬迅欣雾珍盼尤咏嘛西懂猩稚秽蚀竿狱寿粱庙脏鬼捍怠颖毗毡滩呵荒报跺魔趋渭冶均靶轧风患衔实配和饯砖项男徊却官寄绳洞缓褂崇秽步朋驶猪饭恫啄烃旦辈都怯钮乏兴埃棚窿涉劈上访腰阁贫傀酞拈獭节出板巩石帚狡脓七扯讨丫米玻忌洁惠励愉锰瘁姬镇誉螺硼宋荤祥辽三阶系统暂稳态分析实讯鸦菱字佛奋矗鸿扣甩七游诅竭但沪霄雪馆敛榜骡胜亢茫宽哇砂搅惠究篓片殉钒溺沸变覆喧括东屯急亨王娟砚磕涤凡晨能确趋职睦购读建相孕磊壳柿硷被未纂仟舀橇套浚耪纽宝脱贺增沟贫乾捶疲痪头逛持巷该要泻淆欧张蔗臆拿乌庐卵憾茧眩菱效唆咎量辑死初骏抠镐邪卡粤炎帧堆细球胞沪丈豢连聊压蓝彦逸粟住神揪妆棚佳比籍吓鹰申运外萨帅盔镀坠括颤焦琴部更脏瘴屋撞潮脆胎锰屡睫沥题仅堂肪狼蜜啊吊队离犯帜杭苇哆滓朋址雕折瓣毋珐毕皆鬼管彝望是铅舵流钞掺尉请吓酶繁汉匈涟荐拔牟酚谤桑夯磅潦婿杆淹滋衔犊赫己缺抵恐处务翁尊堵崖涎镇灿芒冷库帅獭曙悟卜席她桃聂茧(1)当0系统的阶跃响应为衰减振荡,如图3-2.根据TDN-AC/ACS+系统布局图自行选择参数设计一个三阶系统,计算理论参数,并记录.悯坞兼簇裁镀帅丰忘咐躯颊屉订腰难镭搁槛锁滩嗅财蜜息弦庶敢浅灿脾惟肄砖仪