自動控制實(shí)驗(yàn)一一階系統(tǒng)的時(shí)域分析報(bào)告、二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上自動控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名: 學(xué)號: 班級:實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：_ 成績：_實(shí)驗(yàn)一 一階系統(tǒng)的時(shí)域分析、二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)一階系統(tǒng)的時(shí)域分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）熟悉THBDC-1型 信號與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺及上位機(jī)軟件的使用；（2）熟悉各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)特性及其電路模擬；（3）測量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，并了解參數(shù)變化對其動態(tài)特性的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）THBDC-1型 控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺；（2）PC機(jī)一臺(含上位機(jī)軟件)、數(shù)據(jù)采集卡、37針通信線1根、16芯數(shù)據(jù)排線、采接卡接口線；三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)并組建各典型環(huán)節(jié)的

2、模擬電路；（2）測量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)，并研究參數(shù)變化對其輸出響應(yīng)的影響；四、實(shí)驗(yàn)原理典型的一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：當(dāng)Ui(S)輸入端輸入一個(gè)單位階躍信號，且放大系數(shù)(K)為1、時(shí)間常數(shù)為T時(shí)響應(yīng)曲線如圖1-7所示。圖1-7五、實(shí)驗(yàn)步驟1 根據(jù)一階系統(tǒng)的的方框圖，選擇實(shí)驗(yàn)臺上的通用電路單元設(shè)計(jì)并組建其相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個(gè)單元為反相器，其中R0=200K。2 若比例系數(shù)K=1、時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×10uF=1)。3 若比例系數(shù)K=1、時(shí)間常數(shù)T=0.

3、1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×1uF=0.1)。4 若比例系數(shù)K=2、時(shí)間常數(shù)T=0.1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=200K，C=1uF(K= R2/ R1=2,T=R2C=100K×1uF=0.1)。5 根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)存儲的波形及記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。注：為了更好的觀測實(shí)驗(yàn)曲線，實(shí)驗(yàn)時(shí)可適當(dāng)調(diào)節(jié)軟件上的分頻系數(shù)(一般調(diào)至刻度2)和選擇“”按鈕(時(shí)基自動)，以下實(shí)驗(yàn)相同。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、曲線1 若比例系數(shù)K=1、時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100

4、K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×10uF=1)。2 若比例系數(shù)K=1、時(shí)間常數(shù)T=0.1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×1uF=0.1)。3若比例系數(shù)K=2、時(shí)間常數(shù)T=0.1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=200K，C=1uF(K= R2/ R1=2,T=R2C=100K×1uF=0.1)。七、實(shí)驗(yàn)思考題為什么實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線有一定的誤差。答：在實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)放并不是理想的，假設(shè)的2個(gè)條件是到處傳遞函數(shù)的前提。實(shí)驗(yàn)時(shí)，運(yùn)放存在工作的誤

5、差，使得實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線有差別。二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過實(shí)驗(yàn)了解參數(shù)(阻尼比)、(阻尼自然頻率)的變化對二階系統(tǒng)動態(tài)性能的影響；2. 掌握二階系統(tǒng)動態(tài)性能的測試方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、原理1. 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)用二階常微分方程描述的系統(tǒng)，稱為二階系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)形式的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (2-1)閉環(huán)特征方程：其解 ，針對不同的值，特征根會出現(xiàn)下列三種情況：1）0<<1（欠阻尼），此時(shí)，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)呈振蕩衰減形式，其曲線如圖2-1的(a)所示。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，。2）（臨界阻尼）此時(shí)，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)是一條單調(diào)上升的指數(shù)曲線，如圖2-1中的(b)所示。3）（

6、過阻尼），此時(shí)系統(tǒng)有二個(gè)相異實(shí)根，它的單位階躍響應(yīng)曲線如圖2-1的(c)所示。(a) 欠阻尼(0<<1) (b)臨界阻尼() (c)過阻尼()圖2-1 二階系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線雖然當(dāng)=1或>1時(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)無超調(diào)產(chǎn)生，但這種響應(yīng)的動態(tài)過程太緩慢，故控制工程上常采用欠阻尼的二階系統(tǒng)，一般取=0.60.7，此時(shí)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)過程不僅快速，而且超調(diào)量也小。2. 二階系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)典型的二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖和模擬電路圖如2-2、如2-3所示。圖2-2 二階系統(tǒng)的方框圖圖2-3 二階系統(tǒng)的模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U11、U6）圖2-3中最后一個(gè)單元為反相器。由圖2-4可

7、得其開環(huán)傳遞函數(shù)為： ，其中：， (，)其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 與式2-1相比較，可得 ， 三、實(shí)驗(yàn)步驟根據(jù)圖2-3，選擇實(shí)驗(yàn)臺上的通用電路單元設(shè)計(jì)并組建模擬電路。1. 值一定時(shí)，（如取，圖2-3中取C=1uF，R=100K），Rx為可調(diào)電阻。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線。1.1取=0.2時(shí)，RX=250K，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，其超調(diào)量為53%左右；1.2取=0.707時(shí)，RX=70.7K，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，其超調(diào)量為4.3%左右；1.3取=1時(shí)，RX=50K，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)；1.4取=2時(shí)，RX=25K，系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)

8、；2. 值一定時(shí)，圖2-3中取R=100K，RX=250K(此時(shí)=0.2)。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”示波器觀測并記錄不同值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線，注意時(shí)間變化。2.1若取C=10uF時(shí)，2.2若取C=0.1uF時(shí)，四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 畫出二階系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路，并寫出閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)；2. 根據(jù)測得系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，分析開環(huán)增益K和時(shí)間常數(shù)T對系統(tǒng)的動態(tài)性能的影響。根據(jù)圖2-3，選擇實(shí)驗(yàn)臺上的通用電路單元設(shè)計(jì)并組建模擬電路。1. 值一定時(shí)，圖2-3中取C=1uF，R=100K(此時(shí))，Rx為可調(diào)電阻。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號，在下列幾種

9、情況下，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線。1.1取=0.2時(shí)，RX=250K，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，其超調(diào)量為53%左右；1.2取=0.707時(shí)，RX=70.7K，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，其超調(diào)量為4.3%左右；1.3取=1時(shí)，RX=50K，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)；1.4取=2時(shí)，RX=25K，系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)；2. 值一定時(shí)，圖2-3中取R=100K，RX=250K(此時(shí)=0.2)。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”示波器觀測并記錄不同值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線，注意時(shí)間變化。2.1若取C=10uF時(shí)，2.2若取C=0.1uF時(shí)，五、實(shí)驗(yàn)思考題1. 如果階躍輸入

10、信號的幅值過大，會在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生什么后果？（1）系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性不會因輸入幅值而變化；（2）穩(wěn)定性是系統(tǒng)的內(nèi)部特性；（3）模擬實(shí)驗(yàn)中幅值過大對系統(tǒng)可能會產(chǎn)生損壞；若階躍輸入信號幅值過大，會使輸出階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值過大，如果系統(tǒng)有較大的超調(diào)量，則階躍響應(yīng)的幅值可能超出范圍，不能測得完整的響應(yīng)曲線，實(shí)驗(yàn)測出的各種數(shù)據(jù)都會發(fā)生變化，使其精度降低，增大實(shí)驗(yàn)的誤差，同時(shí)會使系統(tǒng)動態(tài)特性的非線性因素增大，使線性系統(tǒng)變成非線性系統(tǒng)；也有可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗，最后實(shí)驗(yàn)不能趨于穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果出錯(cuò)，所以實(shí)驗(yàn)過程中，要選擇合適的階躍輸入信號幅值。2. 在電路模擬系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋和單位負(fù)反饋？答：電壓反饋是把輸出的一部分連接回輸入端。連接一級反饋或鏈接多