控制系统的瞬态响应及其稳定性分析-002

1、v1.0可编辑可修改 实验二控制系统的瞬态响应及其稳定性分析 一. 实验目的 1了解掌握典型二阶系统的过阻尼、临界阻尼、欠阻尼状态； 2了解掌握典型三阶系统的稳定状态、临界稳定、不稳定状态； 3 .研究系统参数变化对系统动态性能和稳定性的影响。 二. 实验内容 1搭建典型二阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调 量b %、峰值时间tp以及调节时间ts，研究其参数变化对典型二阶系统动态性能 和稳定性的影响； 2搭建典型三阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调 量b %、峰值时间tp以及调节时间ts，研究其参数变化对典型三阶系统动态性能 和稳定性的影

2、响。 三. 实验步骤 1. 典型二阶系统的响应曲线 图1-2-1是典型二阶系统原理方块图，其中To=1S,=。 R(S 7X E(S) 1 K1 pE(S) T0S T1S1 C(S) 图1-2-1典型二阶系统原理方块图 开环传函：G(S) KK1 其中K=K/To=K=开环增益 S(T1S 1)S(0.2S 1) 闭环传函：W(S) 2 n2 其中 nK1/T1T0 s2 2 nS n 1 . T0/K1T1 2 表1-2-1列出有关二阶系统在三种情况(欠阻尼，临界阻尼，过阻尼)下具体参数的表达上 式，以便计算理论值。至于推导过程请参照有关原理书。 表 1-2-1 一种情况 各参数 0 1

3、1 1 K K=K/T o=K n n Jkt订o V5K1 -VTo/KiTi 22Ki C(tp) C(tp)1 e 川彳 C() 1 / Mp(%) MP e 7 2 t p (s) tpQ2 nW / ts(S) ts4 n / 图1-2-2典型二阶系统模拟电路 图中：R1=100K R2=100K R3=100K R4=500K R6=200K R7=10K R8=10K C1= C2= R5为可选电阻： R5 = 16K时，二阶系统为欠阻尼状态 R5= 160K时，二阶系统为临界阻尼状态 R5= 200K时，二阶系统为过阻尼状态 输入阶跃信号，通过示波器观测不同参数下输出阶跃响应曲

4、线，并记录曲线的超调量b 峰值时间tp以及调节时间ts。 2. 典型三阶系统的响应曲线 典型三阶系统的方块图：见图1-2-3 R(S)5 ?* 1 K1 K2 c(sl T0S T；S 1 ES 1 图1-2-3典型三阶系统原理方块图 开环传递函数为： K G(S)H(S),其中 KK1K2/T0 (开环增益) S(TiS 1)(T2S 1) 典型三阶系统模拟电路如图1-2-4 所示 6 图中：R1=100K R2=100K R3=100K R4=500K R5=100K R6=100K R7 为可调电阻、 R8=500K R9=10K R10=10K C仁、C2= 开环传函为 G(S)H(S

5、) 500 K / R7 S(0.1S 1)(0.5S 1) (其中 K=500/R) 系统的特征方程为 由Routh判据，得 1 G(S)H(S) 厂0 K 12 彳 K 12 . K 12 0S3 12S2 R 41.67K R 41.67K R 41.67K 20S 20 k 0 系统稳定 系统临界稳定 系统不稳定 输入阶跃信号，仔细调节电位器，可以得到三阶系统处于不稳定、临界稳定和稳定的三 种状态时的波形，通过示波器观测不同参数下阶跃响应曲线，并记录曲线的超调量b %、峰 值时间tp以及调节时间ts。 四. 实验结果 绘出二阶系统和三阶系统不同参数下的阶跃响应曲线，并填写相应的超调量b %、峰 值时间tp以及调节时间ts 二阶系统 超调量 峰值时 调节时 参数值 实测阶跃响应曲线 状态 b % 间tp