自动控制原理实验典型系统的时域响应和稳定性分析分解

1、电子科技大学中山学院学生实验报告系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称:典型系统的时域响应和稳定性分析实验时间：学生成绩:教师签名：批改时间：一、目的要求1研究二阶系统的特征参量(E、3 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、实验设备PC机一台，TD ACC教学实验系统一套三、实验原理及内容1. 典型的二阶系统稳定性分析(1)结构框图：如图1.2-1 所示。图 1.2-2(2)对应的模拟电路图：如图 1.2-2 所示。班级：姓名：学号：组别：实

2、验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：(3)理论分析系别：机电工程学院专业:课程名称：自动控制原理实验系统开环传递函数为:Gcs>=顾m二皿十1)；开环增益：人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,（图 1.2-2），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。在此实验中系统闭环传递函数为:其中自然振荡角频率:R10阻尼比:10/?2典型的三阶系统稳定性分析(1)结构框图：如图1.2-3 所示。系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：图 1

3、.2-3(2)模拟电路图：如图 1.2-4所示。(3)理论分析：500系统的开环传歯为:心丽而盘吋(知心吆).系统的特征方程为：l + G(5)W(5) = 0=>5J +12S2 + 205 + 20JC = 0o实验内容：实验前由 Routh判断得 Routh行列式为:系别：机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名:批改时间：S1 20s=1220Ks's112( IKD为了保证系统稳定，第列各值应为正数，所以有r 5二 Kf 20 > 0312() K >0得：0<K <12 =&

4、gt; R >41.7KD系统稳定K= 12=> R = 4L7KD系统临界稳定K> 12=> R<4L7Kfl系统不稳定五、实验步骤1 将信号源单兀的“ ST'端插针与“ s”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单兀均设臵了锁零场效应管，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

5、tp和调节时间tS。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)。将实验结果填入表中。表1.2-1中已填入了一组参考测量值，供参照。系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：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。 减小开环增益(R = 41.7K ； 100K)，观察响

6、应曲线，并将实验结果填入表中。表1.2-2 中已填入了一组参考测量值，供参照。R(KQ)K<onc llplCMp (%)tp (s)tS(5)响 应 Iff 况理论值值理论值测&值it值值欠阻尼1020141.4144430320.381.61.5衰减振50417$Vs 41111100.85広91 .ft1.71临界91尼160542.51£1Jl1.92.5单数驴12OT1Vs7无I无无2.93.5单调其中MpJ"“后"泊g卄表 1.2-1系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教

7、师签名：批改时间：开琳益K稳定性加16. 7不穗定发粒41 J121005总定蛭誉收飲六、实验数据处理1.典型二阶系统瞬态性能指标的测试模拟电路图：取R=10K表 1.2-2电子科技大学中山学院学生实验报告系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：fTl-T2| = 312.5 msV-t_v*2| = 435.9 mv(IT1-T2I 3.20 Hz|yi-V2| = 435 3 mv1-1/匸|11/H-=*T- 一i i 1 ii/|1|>1i II d b J fi Lh j a i ri x jI

8、i 1 k J d Ji 11 Ii L i 11 1 IiJ i 1 ii fc I 11 h I ri Ii i ij Jl J 1| i i-iii1)1I)-* I*1 l>i-|ii1I)1I：iT: 500ms/WGH1 £00刑格Ch12: 500mv4&Tig = 1 372 &V1-V2I = 25 6 mvF1-T21 = 0 73 HzIV1-V2I = 25.6 fflv1|/|-"w "-V.' J"1-Gi1 wiiiiii d Ii i 1J/iI)d b d k I 1 h ,1) Ii i

9、i i jii iii-861 hii系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间： 取R=20KFM2| - 465.6 ms|V1-V2| - 294 9 mv1/TT1-I2I -2 15 HzV1*V2! >294 9 rm-/1_d/i h k 1 |J J 1 li fa H i1Iri J丄 h 1 kaid i l iu li d ri J 1 L kfa i ri ri d 1 Lk k k I d J |LI"r-T&CH1 呂QQmv；格CH2: 500mfTM2| =

10、1.519 sV1 -V2| =25 6mv1/TT1-T21I = 0 66 Hz|V1 -V21 = 25.6 nwPR-r- 、/L 1k1 -ji- n ri d1 FlI Fl m i i n i n n i ri i in i 1 _ ii1IIIii h r ¥ |i亠IP- p1II iT. 200ms.4&CH1: 5'0Qmv4&CH2: 500mv.4§电子科技大学中山学院学生实验报告系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间： 取R=50KT1-T

11、2I 二 353 1 ms|V1 -V2| = 115 4 w1/171-TZ 1,17 Hz|V1-V2115,4mv-111ijtr 一 .l jR“卄i1111i i11| Il k d 111h ri ii X h k rii k h i d i Jiiii11a d i life a dji h a j i in11Il k i J J.k 1 Li 11 k i14-i11 I1iiiIT: 200mCH1 5伽肃CH2： 500mv4&fTl-T2l - 1 394 sVt-V2| - 25 6 mv141121 = 0.72 HzIV1-V2 = 26 6 mt

12、7;L - Tm 11i-iii11-” . j_i-l： n i iiu i m i n ii n III1 FlI Fl in i i n i n n iaa ri i in i f-1 a a!-i.T: ；00ms.4SCH1: 500mv.4S CH2: SOOmv电子科技大学中山学院学生实验报告系别：机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间： 取R=100KT1-T2I - 1.216 sIV1-V2I - 25.6 mv1AT1-T2I = 0 S2Hz|V1-V2| =25 6 mvH-1-H nH

13、 n n一一H n H riH1HHn-n H HH H1-41111L-|1(耳T: 200ms/4§CH1: 500mv4S CH2: 600mv/t§参数XR(Q)KCCMpgg)ts(s)响 应 情 况测B 里 值理论值测ED 里 值测m 里 值0<<l欠阻尼詐1临界过阻尼系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：2.典型三阶系统的性能模拟电路图T1-T21- 15.6 mtV1-V2I-512.8 mv :：/广、.: A IB J J-X -7、.-Z， ah !.&#

14、171;X- Ar c x h亠I I b di i i h a ii i/I b fi d rl 11cb a d i i i b111 fa h1| b B11 b fi ri >i 11h fl liii il1:！aTicmm格CH2.1v4S系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：取R=100K1-T21-0.0 mtV1-V2|«512 8mv1 T2|= Hz|V1-V2| « S12 fi rw1-¥-a匚t_ J1 11 j ijHh di i i h a

15、d iI b fi d I 11b a d i i i bd 111 fa hI | b B11 b fi ri >i 11h a ii i i iiI i"rr»T: 1s4§CH1: 牯CH2. 1v.4§R( KO )开环增益K稳定性七、实验结果分析1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试由曲线图可知，随着电阻R的增大，超调量 Mp越来越小，到达峰值的时间tp越来越短，其调节时间与电阻R无关。2. 典型三阶系统的性能当R ：41.7心即K 12时，系统不稳定发散；当R = 41.771即K =12时，系统临界稳定等幅振荡；当 R 41.72即0 : K <12时，系统稳定衰减收敛。由曲线图可知，当R =41.7、时，系统处于衰减收敛，理论应当处于系统临界稳定等幅振荡。由于电阻有误差，使得测量值比理论值小。在误差允许的范围内，可视为等幅振荡。系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：八、思考题1. 在实验线路中如何确保