中南大学典型系统的时域响应和稳定性分析实验报告

1、订 装实验报告实验名称系姓名预定时间典型系统的时域响应和稳定性分析信息院专业班学号授课老师实验时间实验台号一、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、原理简述1 典型的二阶系统稳定性分析(1) 结构框图 ：如图所示 。(2) 理论分析系统开环传递函数为 ：开环增益2 典型的三阶系统稳定性分析订 装(1)结构框图 ：如图所示 。(2) 理论分析系统开环传递函数为 ：系统的特征方程为:三、仪器设备PC 机一台 ， TD-ACC+( 或 TD-AC

2、S) 教学实验系统一套。四、线路示图1 典型的二阶系统稳定性分析2 典型的三阶系统稳定性分析2.五、内容步骤1 典型的二阶系统稳定性分析实验内容 ：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。系统闭环传递函数为：其中自然振荡角频率：阻尼比 ：2 典型的三阶系统稳定性分析实验内容实验前由 Routh判断得 Routh行列式为 ：.专业专注.订 装为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有实验步骤 ：1 将信号源单元的“ST”端插针与 “S”端插针用 “短路块 ”短接。由于每个运放单元均设置了锁零场效应管

3、 ，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 )。 将实验

4、结果填入表1.2-1中。 表 1.2-2中已填入了一组参考测量值，供参照 。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1.2-3中。 表1.2-4中已填入了一组参考测量值，供参照。六、数据处理典型的二阶系统稳定性分析波形4.（1）R=10k 时波形图（2）R=50k 时波形图（3）R=160k 时波形图（4）R=200k 时波形图.专业专注.订 装典型的三阶系统稳定性分析波形（ 1） R=30K 时波形

5、图（2）R=47.1K时波形图6.（ 3 ） R=100K时波形图七、分析讨论1、 典型二阶系统瞬态性能指标实验测试值.专业专注.订 装2、典型三阶系统在不同开环增益下的响应情况实验测试值经过这次实验 ，我觉得我不仅更加深刻了解了 TD-ACC+ 实验系统的使用 ，也收获了课堂上所得不到的知识 ，对系统的时域响应和稳定性有了更进一步的理解 。的确，亲自动手实验能使自己受益匪浅 。首先 ，在试验系统的使用中 ，熟练利用虚拟仪器，调整输出的方波是非常的方便的 。 通过对实验所得波形与数据的分析 ，我总结了一下几点 ：（ 1） 通过调整系统的参数可改变系统阻尼系数 ，从而改变系统动态性能 。（ 2） 当阻尼系数小于 1 为欠阻尼 ，阻尼系数越小 ，系统超调越大 ，峰值时间越小，调整时间越大 。（ 3） 当阻尼系数等于 1 为临界阻尼 ，无超调，调整时间最小 。（ 4） 当阻尼系数大于 1 为过阻尼 ，阻尼越大 ，响应越慢 ，调整时间越大 。总而言之 ，通过这次自动控制的实验 ，加深了我对典型系统的时域响应和稳定