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1、实验一典型环节的瞬态响应和动态分析1、一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响一、实验目的：通过实验加深理解如何将一个复杂的机电系统传递函数看做由一些典型环节组合而成，并且使用运算放大器来实现各典型环节，用模拟电路来替代机电系统，理解时间响应、阶跃响应函数的概念以及时间响应的组成，掌握时域分析基本方法。二、实验内容①自行设计一阶环节。②改变系统参数T、K(至少二次)，观察系统时间响应曲线的变化。③观察T、K对系统的彩响。三、实验原理：使用教学模拟机上的运算放大器，分别搭接一阶环节，改变时间常数T,记录下两次不同时间常数T的阶跃响应曲线，进行比较(可参考下图：典型一阶系统
2、的单位阶跃响应曲线)。典型一阶环节的传递函数：G(S)=K(1+1/TS)其屮：T=RCK=RJR}典型一阶环节模拟电路：典型一阶环节的单位阶跃响应曲线:c(0)=0c(T)=0・632c(2T)=0.865c(3T)=0.95c(4T)=0.982c(5T)=0.993典型一阶系统的单位阶跃响应曲线四、实验方法与步骤1）启动计算机，在桌面双击“Cybernation_A.exe”图标运行软件，阅览使用指南。2）检查USB线是否连接好，电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。3）在实验项口下拉
3、框屮选屮木次实验，点击空按钮，参数设置要与实验系统参数一致，设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信止常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可继续进行实验。4）保持尺=100KQ,C=O」“F不变，分别令忌=100KQ,200KQ,改变系统参数T、K,观察并记录系统时间响应曲线的变化。五、实验数据整理与分析：1）实验数据与响应函数理论值：K=RJR円,T=R“C=10ms实验值：K=R2/R}=0.91T=R,C=9.87Av弟动翻理论实验系统EBB实验项§[F1]:一"型环节麒俪匝zl工具按讪医冋艮②301000200030004000
4、5000600070008ooo900010000&"OOKQ,尺=100KQ,C=O」“F,4000信号猥周期:loooms+1000ms电平：looomV^-iooomViooof10ms300020001000-1000•2000-3000•40001・5owXi二0X2=1000010000Y1=5000Y2=•500010000
5、艦厂数字R2=20QKQ.,尺=100KQ,C=O」“F理论值：K=RJR、=2,T=/?2C=20ms实验值:K=R2/R}=1.87,T=/?2C=19.75ms自动鏡制理论实鲨系统二I叵冈2）结果分析由图可以看出，K值增大
6、吋，一阶惯性环节的响应曲线幅值增大，T值表征了系统过渡过程的品质，T值增人吋，系统响应变慢，达到稳定值的时间延长。2、二阶环节的阶跃响应及时间参数的影响一、实验廿的1.学会建立典型的二阶系统数学模型与传递函数。2、加深对系统I舜态误差与稳态误差等概念的理解。3、研究二阶系统的特征参数，阻尼比匚和无阻尼自然频率⑪对系统动态性能的响。定量分析I和⑪与最大超调量Mp和调节时间tsZ间的关系。4.掌握二阶系统时域性能指标的测量方法。二、实验内容①在模拟机上，口行设计二阶系统、观察开环系统时域响应曲线；②采用单位反馈构成闭环系统。③计算该二阶系统模拟屯路的阻尼比〈与固有频率
7、3.。④改变©记录两种不同©下，二阶系统的单位阶跃响应曲线，将理论值与实测值进行比较。①讨论典型二阶系统性能指标M”、J与©,的关系。三、实验原理1、二阶系统的数学建模二阶系统是由一个比例环节和两个惯性所构成，参考电路图如下:二阶系统阶跃响应的电路图2、二阶系统单位反馈方块图为:3、二阶系统单位反馈传递函数为:心一-—)(—-—)冷=g=‘7>+1八空+『1+6*(s)1*(丈”1)®+1)(爲s+1)+K石s+1爲s+1K1+疋1+K家爲三扌+（石+近）6+1+用—壬
8、石+三
9、1+K1+K上式中令,Kk=,8*1+疋”芝一签+久2（家（1+®英屮：K为开环增益、
10、k为闭环增益、§为系统阻尼比、©为系统固冇频率。4、不同阻尼比下二阶系统的单位阶跃响应曲线2.01-81.61.41.21.00.80.60.40.20123456789101112不同M下二阶系统的单位阶跃响应曲线四、实验方法与步骤实验方法同上，在参数设置对话框屮设置口的电压Ul=1000mVo①先做二阶系统的开环时域响应，观察其曲线的变化。②将二阶开环系统进行单位反馈，组成二阶闭环系统，观察闭环响应曲线（注意：单位反馈的接连）。五、实验数据整理与分析:R}=800KQ,R2=200KQ,C=1“F2jg(l+K)0.033,自动控制理從实址系统/?,=500W
11、,R2=2
