实验四 控制系统的阶跃响应.docx

实验四 控制系统的阶跃响应一、 实验目的1 通过实验了解参数（阻尼比）、Wn（阻尼自然频率）的变化对二阶系统动态性能的影响2 掌握各阶系统动态性能测试方法3 掌握参数调节系统性能的方法。二、 实验内容1. 观测二阶系统的阻尼比分别在01三种状态下的单位阶跃响应曲线2. 调节二阶系统的开环增益K，使系统的阻尼比=1/2，测量此时系统超调量，调节时间。3. 一定时，观测系统在不同Wn时的响应曲线。4. 一阶及三阶系统的响应三、 实验步骤典型二阶系统结构方框图所示C(s)R(s)闭环传递函数其相应模拟电路图如图所示1. 连接系统2. 系统输入单位阶跃信号，C=1uF，R=100K，调节Rx阻值，观察不同时试验曲线。2.1系统处于欠阻尼状态，其超调量为53%左右；并计算的值。可以算出=0.195，此时Rx的理论值为256K，上图是Rx=260K系统的曲线。最高幅值2.72，峰值时间tp=1.416s,稳态值1.78，Mp=52.8%53%，上升时间tr=1.270s2.2系统处于欠阻尼状态，其超调量为4.3%左右；并计算的值。计算得出=0.707，此时Rx的理论值为70K，上图为Rx=71K时系统曲线，最高幅值1.877,峰值时间tp=1.108s,稳态值1.800，Mp=4.3%，上升时间tr=0.926s2.3系统处于临界阻尼状态，并计算的值。此时=1，Rx的理论值为50 K，如上图，最高幅值1.870，稳态值1.8642.4系统处于过阻尼状态，并计算的值。取=1.5，Rx理论值为33 K，如上图3. 值一定时，取R=100K，Rx=250K，此时=0.2系统输入单位阶跃信号，在下列几种情况下，观察不同Wn时实验曲线，并观察系统的性能指标有何变化。3.1 若取C=10uF,计算Wn的值。Wn=1/RC=1此时最大幅值为3.18，稳态值=1.78，超调量Mp=78.6%，调节时间ts=3/(Wn)=15s,峰值时间tp=6.02s,上升时间tr=4.58s3.2若取C=0.1uF,计算Wn的值。Wn=1/RC=100此时最大幅值为2.82，稳态值=1.78，超调量Mp=58.4%，调节时间ts=3/(Wn)=0.15s,峰值时间tp=1.11s，上升时间tr=1.08s分析：增加开环增益K可以增加超调量，增加时间常数T可以增加系统的调节时间。4. 上述系统，输入斜坡信号，观察系统响应及稳态误差。1)C=10uF时，R=100K，Rx=250K,系统响应曲线如下图前向通路一个积分环节，稳态误差ess=1/kv=0.192)C=0.1uF ,R=100K，Rx=250K, 系统响应曲线如下图输出跟踪阶跃信号后，系统响应曲线如图 5. 自主构造一个一阶系统，观察其阶跃响应曲线，记录其调节时间。改变系统参数，使其调节时间变化，记录响应曲线。调节时间ts=3*1/k=0.7s6. 自主构造一个三阶系统，观察其阶跃响应曲线，改变系统参数，使其阶跃响应曲线变化，记录响应曲线。G(s)= 红色凸起是因为手不小心按到了阶跃信号按钮，对实验无影响。系统饱和实验思考题1. 如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？答：阶跃信号幅值的大小选择应适当考虑，若阶跃输入信号幅值过大，实验测出的各种数据都会发生变化，使其精度降低，增大实验的误差，同时会使系统动态特性的非线性因素增大，使线性系统变成非线性系统，如果阶跃输入信号幅值过大，也有可能导致实验的失败，最后实验不能趋于稳定，导致实验结果出错。2. 在电路模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？答：将运算放大器输出端引回反相输入端就是负反馈，单位负反馈就是要比例系数为1的负反馈。3. 为什么本实验中二阶系统对阶跃输入