自动控制原理实验典型环节及其阶跃响应,二阶系统阶跃

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1、实验一、典型环节及其阶跃响应实验目的       1、学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。       2、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。实验内容构成下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。比例环节的模拟电路及其传递函数示图2-1。G(S)=-R2/R1惯性环节的模拟电路及其传递函数示图2-2。G(S)=-K/TS+1K=R2/R1,T=R2*C积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-3。G(S)=1/TST=RC微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-4。G(S)=-RCS比例加微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-5。G(S

2、)=-K(TS+1)K=R2/R1T=R2C比例加积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-6。G(S)=K(1+1/TS)K=R2/R1,T=R2C软件使用       1、打开实验课题菜单，选中实验课题。       2、在课题参数窗口中，填写相应AD，DA或其它参数。       3、选确认键执行实验操作，选取消键重新设置参数。实验步骤       1、连接被测量典型环节的模拟电路及D/A、A/D连接，检查无误后接通电源。       2、启动应用程序，设置T和N。参考值：T=0.05秒,N=200。       3、观测计算机屏幕示出的响应曲线及数据记录波形及数据(由实验报告确定)。实验报

3、告       1、画出惯性环节、积分环节、比例加微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所有记录的惯性环节、积分环节、比例加微分环节的响应曲线。       2、由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。实验二       二阶系统阶跃响应一、实验目的      1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频ωn对系统动态性能的影响，定量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调节时间ts之间的关系。       2、进一步学习实验仪器的使用方法。       3、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实验原理及电路                       典

4、型二阶系统的闭环传递函数为                       其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的影响。                       二阶系统模拟电路如图示，经计算得                   电路的结构图为                           系统闭环传递函数为                            式中   T=RC,  K=R2/R1                                比较(1),(2)二式，可得                    ζ=1/T=1/RC                   

5、         ωn=K/2=R2/R1         (3)         由(3)式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。改变RC值可以改变无阻尼自然频率。         今取R1=200k，R2=0--500KΩ，(R2由电位器调节)，可得实验所需的阻尼比，电阻R取100KΩ三、实验步骤         1、了解实验仪器，熟悉实验仪器的使用方法。         2、取ωn=10rad/s,即令R=100KΩ，C=1uf;分别取ζ=0,0.25,0.5,0.7,1,2,即取R1=100KΩ R2(R2由电位器调节)分别等于0，50KΩ，100KΩ，140KΩ，200

6、KΩ，400KΩ。输入阶跃信号，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应的动态曲线，并于理论值比较。         3、取ζ=0.5,即取R1=R2=100KΩ;ωn=100rad/s,即取R=100KΩ,C=0.1uf注意：二个电容值同时改变，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量σp和调节时间tn。         4、取R=100KΩ;C=1uf,R1=100KΩ,R2=50KΩ,测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录tp和σp的数值。四、软件使用       1、打开实验课题菜单，选中实验课题。       2、在课题参数窗口中，填写相应AD，DA或其它参数。

7、       3、选确认键执行实验操作，选取消键重新设置参数。五、实验预习要求      1、通过理论分析分别求出实验步骤中对应的ζ和ωn值下，阶跃响应的最大超调量Mp和调节时间ts以备与实验时比较。        2、通过实验指导书，了解实验目的，要求，实验步骤和实验设备。 六、实验报告      1、画出二阶系统的模拟电路图，并求参数ζ和ωn的表达式。       2、把不同ζ和ωn条件下测量