实验二THBDC-1控制理论的时域分析

北京工业大学 自动化专业 实验二实验二 基于基于 THBDC 1 控制理论实验平台的时域分析控制理论实验平台的时域分析 1 实验目的实验目的 1 通过实验了解参数 阻尼比 n 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的测试方法 3 掌握参数调节系统性能的方法 2 实验设备实验设备 同实验一 3 实验内容实验内容 1 观测二阶系统的阻尼比分别在 0 1 三种情况下的单位阶跃响 应曲线 2 调节二阶系统的开环增益 K 使系统的阻尼比 1 测量此时系统的超调2 量 p 调节时间 ts 0 05 3 为一定时 观测系统在不同 n 时的响应曲线 4 实验步骤实验步骤 典型的二阶系统结构方框图所示 北京工业大学 自动化专业 其相应的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 取 C 1 F R 100K 调节 Rx 阻值 用 THBDC 1 软件观测并记录不同 值时的实验曲线 2 1 系统处于欠阻尼状态 其超调量为 53 左右 并计算 的值 计算出计算出 0 1985 0 1985 实验测得实验测得 Rx 253K Rx 253K 0 1976 Rx R 2 K Rx R 2 53 T1 Rx C 0 253s T2 R C 0 1s 北京工业大学 自动化专业 2 2 系统处于欠阻尼状态 其超调量为 4 3 左右 并计算 的值 C 1 FC 1 F R 100KR 100K 计算出 计算出 0 7077 0 7077 实验测得实验测得 Rx 71Rx 71 K K 0 7042 Rx R 2 K Rx R 0 71 T1 Rx C 0 071s T2 R C 0 1s 2 3 系统处于临界阻尼状态 并计算 的值 C 1 FC 1 F R 100KR 100K 计算出 计算出 1 1 实验测得实验测得 Rx 49 6K Rx 49 6K 1 008 Rx R 2 K Rx R 0 496 T1 Rx C 0 0496s T2 R C 0 1s 北京工业大学 自动化专业 2 4 系统处于过阻尼状态 并计算 的值 C 1 FC 1 F R 100KR 100K 计算出计算出 1 1 实验测得实验测得 Rx 14 4K 3 472 Rx R 2 K Rx R 0 144 T1 Rx C 0 0144s T2 R C 0 1s 3 值一定时 上图中取 R 100K Rx 250K 系统输入单位阶跃信号 在下列 几种情况下 用 THBDC 1 软件观测并记录不同 n 值时的实验曲线 观测系 统的性能指标有何变化 计算出计算出 0 2 Rx R 2 3 1 若取 C 10 F 时 计算 n 的值 1rad s RC 1 n K Rx R 2 5 T1 Rx C 2 5s T2 R C 1s 北京工业大学 自动化专业 3 2 若取 C 0 1 F 时 计算 n 的值 100rad s RC 1 n K Rx R 2 5 T1 Rx C 0 025s T2 R C 0 01s 4 上述系统 C 0 1 F R 100K Rx 250K 时 输入斜坡信号 观察系统响应 及稳态误差 100 RC 1 n K Rx R 2 5 T1 Rx C 0 025s T2 R C 0 01s 北京工业大学 自动化专业 6 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 若阶跃输入信号幅值过大 会使输出阶跃响应曲线的稳态值过大 如果系 统有较大的超调量 则阶跃响应的幅值可能超出范围 不能测得完整的响应曲 线 实验测出的各种数据都会发生变化 使精度降低 增大实验误差 同时会 使系统动态特性的曲线非线性因素增大 使线性系统变成非线性系统 也有可 能导致实验的失败 最后实验不能趋于稳定 2 在电路模拟系统中 如何实现负反馈和单位负反馈 答 将集成运算放大器输出端引回反相输入端就是负反馈 将输出信号用导线 经过反馈环节返回到输入端可以实现负反馈 如果反馈环节传递函数即 H S 1 直接用导线 则是单位负反馈 3 为什么本实验中二阶系统对阶跃输入信号的稳态误差为零 答 电路中有一个积分