实验数据理论计算过程及思考题答案1

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1、河北联合大学轻工学院自动控制原理实验理论值计算过程及答案张怡编著轻工学院河北联合大学轻工学院电气信息实验中心河北联合大学轻工学院第一章评分标准：预习报告评分标准（总计30分）：（1）预习报告内容完整（8分）、字迹工整（2分）。合计10分。（2）图、表绘制标准（3分）、参数标注正确（3分）。合计5分。（3）理论值计算正确（5分），并有计算过程（10分）。合计15分。操作成绩评分标准（总计50分）：（1）按实验步骤完成实验，遵守学生实验守则，不违反实验操作规程（5分）。合计5分。（2）各典型环节（共8个）传递函数参数计算正确，按图中参数进行模拟

2、电路接线，每个2.5分，合计20分。（3）通过计算机对输出响应信号的采集，得到正确的阶跃响应曲线，并对输出信号进行参数的正确测量，记入原始数据记录表中，每个.52分。合计20分。（4）整理实验台、关闭计算机及各种仪器仪表（5分）。合计5分。实验报告评分标准（总计20分）：（1）将实验数据整理到表1-5和1-6中。各个典型环节传递函数计算正确（5分），阶跃响应曲线正确、工整（5分）。合计10分。（2）思考题回答正确（6分）。合计6分。（3）实验报告内容完整、字迹清晰（4分）。河北联合大学轻工学院实验数据理论计算过程及思考题答案实验2.1典型环

3、节及其阶跃响应一、实验数据理论值计算过程及实验数据记录表表2-4典型环节的阶跃响应典型环节传递函数阶跃响应曲线比例，积分，比例积分比例微分，，比例积分微分,惯性环节河北联合大学轻工学院表2-5惯性环节（一阶系统）实验数据记录表0.20.51252实测值理论值阶跃响应曲线二、思考题：1．在什么条件下，惯性环节可以近似地视为积分环节？在什么条件下，惯性环节可以近似地视为比例环节？答：惯性环节的传递函数是，惯性环节当时可以等效为比例环节；当时可等效为积分环节。阶跃响应前半段输出随时间变化，类似于积分环节；后半段达到稳态，不随时间变化，类似于比例环

4、节。但惯性环节具备了比例环节和积分环节的特性。2．积在积分环节和惯性环节的实验中，如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？答：一阶系统的单位阶跃响应为，，由此式可知，一阶系统的单位阶跃响应是一条初始值为零，以指数规律上升到终值的曲线，如图所示。河北联合大学轻工学院用实验方法测定一阶系统的时间常数：响应曲线的斜率的初始值为，并随时间的推移而下降。例如，，这就是通过初始斜率特性确定一阶系统时间常数的方法之一。河北联合大学轻工学院实验2.2二阶系统阶跃响应一、实验数据理论值计算过程及实验数据记录表1.二阶系统由实验指导书图2-1

5、1、2-12可知系统开环传递函数为：其中系统闭环传递函数为：其中，由图2-12可知：，，（1）当时，，求得，系统闭环传递函数为：（取）（2）当时，，求得，系统闭环传递函数为：（取）（3）当时，，求得，系统闭环传递函数为：河北联合大学轻工学院（取）表2-9二阶系统实验数据记录表1107.0715闭环传递函数实测值无超调理论值无超调实测值理论值阶跃函数曲线河北联合大学轻工学院ym=1.1630tm=0.3644sym1=1.0432tm1=0.6294sym2=0.9821tm2=1.1926s2.三阶系统系统的开环传递函数为：式中，，,系统的

6、特征方程为：根据劳斯判据得到：系统稳定；选取，系统临界稳定，系统不稳定；选取，河北联合大学轻工学院表2-10实验数据记录表阶跃响应曲线二、思考题：1．讨论二阶系统性能指标与、的关系，总结结论。答：在欠阻尼（）响应曲线中，阻尼比越小，超调量越大，上升时间越短，通常取为宜，此时超调量适度，调节时间较短。在临界阻尼（）响应曲线中，具有最短的上升时间，响应速度最快，系统超调量为0。在过阻尼（）响应曲线为非振荡的一个过程，系统超调量为0。2．二阶系统的性能改善方法？，并说明各自的特点。答：二阶系统的性能改善方法中，比例—微分控制和测速反馈控制是两种常

7、用的方法。比例—微分控制可以增大系统的阻你比，使阶跃响应的超调量下降，调节时间缩短，且不影响常值稳态误差及系统的自然频率。但是，自系统输入端噪声较强的情况下，不宜采用比例河北联合大学轻工学院—微分控制方式。测速反馈可以改善系统的同台性能，但会增加稳态误差。为了减小稳态误差，必须加大原系统的开环增益。3．在三阶系统中，为使系统能稳定工作，开环增益应适量取大还是取小？此结论适用于四阶、五阶系统吗？答：适量的增加开环增益，可以减小给定或扰动稳态误差。此结论不适用四阶、五阶系统，因为增大扰动点之后系统的前向通道增益，不能改变系统对扰动的稳态误差的数

8、值。河北联合大学轻工学院实验2.3线性系统的稳态误差研究一、实验数据理论值计算过程及实验数据记录表1．0型系统由图2-17和图2-18可知：（1）单位阶跃输入（2）单位斜坡输入说