自动控制原理实验报告3- -三阶系统的瞬态响应和稳定性

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1、南昌大学实验报告学生姓名：黄佐财学号：6100308118专业班级：电力系统082实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：2010.11.30实验成绩：一、实验项目名称：三阶系统的瞬态响应和稳定性二、实验要求1.了解和掌握典型三阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型三阶系统的传递函数表达式。2.熟悉劳斯（ROUTH）判据使用方法。3.应用劳斯（ROUTH）判据，观察和分析Ⅰ型三阶系统在阶跃信号输入时，系统的稳定、临界稳定及不稳定三种瞬态响应。三、主要仪器设备及耗材1．计算机一台（WindowsXP操作系统）2．AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套3．LabACT6

2、_08软件一套四、实验内容和步骤本实验用于观察和分析三阶系统瞬态响应和稳定性。Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路如图3-1-8所示。它由积分环节（A2）、惯性环节（A3和A5）构成。图3-1-11Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路图图3-1-11的Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路的各环节参数及系统的传递函数：积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=1S，惯性环节（A3单元）的惯性时间常数T1=R3*C2=0.1S，K1=R3/R2=1惯性环节（A5单元）的惯性时间常数T2=R4*C3=0.5S，K2=R4/R=500k/R该系统在A5单元中改变输入电阻R来调整增益K，R分别为30K、41.

3、7K、100K。闭环系统的特征方程为：1+G(S)=0,ÞS3+12S2+20S+20K=0（3-1-6）特征方程标准式：（3-1-7）由ROUTH判据，得041.7kΩ系统稳定7K=12ÞR=41.7kΩ系统临界稳定K>12ÞR<41.7kΩ系统不稳定Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路图见图3-1-11，分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到30K、41.7K、100K，跨接到A5单元（H1）和（IN）之间，改变系统开环增益进行实验。实验步骤：注：‘SST’不能用“短路套”短接！（1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）：

4、B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0/+5V阶跃）。阶跃信号输出（B1-2的Y测孔）调整为2V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔）。（2）构造模拟电路：按图3-1-11安置短路套及测孔联线，表如下。1信号输入r(t)B1（Y）→A1（H1）2运放级联A1（OUT）→A2（H1）3运放级联A2（OUT）→A3（H1）4运放级联A3（OUT）→A5（H1）5运放级联A5（OUT）→A6（H1）6负反馈A6（OUT）→A1（H2）7跨接元件30K、41.7K、100K元件库A11中直读式可变电阻跨

5、接到A5（H1）和（IN）之间（a）安置短路套（b）测孔联线模块号跨接座号1A1S4，S82A2S2，S10，S113A3S4，S8，S104A4S7，S105A5S2，S6（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A5单元信号输出端OUT（C(t)）。注：CH1选‘X1’档。（4）运行、观察、记录：①运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的三阶典型系统瞬态响应和稳定性实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。也可选用普通示波器观测实验结果。②分别将（A11）中的直读式可

6、变电阻调整到30K、41.7K、100K，按下B1按钮，用示波器观察A5单元信号输出端C（t）的系统阶跃响应。③改变时间常数（分别改变运算模拟单元A3和A5的反馈电容C2、C3），重新观测结果，填入实验报告。五、实验数据及处理结果7A11=30KΩA11=41.7KΩ7A11=100KΩA11=30K观察A37A11=41.7K观察A3A11=100K观察A37A11=30K观察A5A11=41.7K观察A57A11=100K观察A5六、思考、讨论或体会或对改进实验的建议通过本次试验，掌握了典型三阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型三阶系统的传递函数表达式；熟悉劳斯（ROUTH）

7、判据使用方法。将课本的知识实际化，使知识更易于接受和消化。七、参考资料1．《自动控制理论》，王时胜、曾明如、王俐等，江西科技出版社2．《自动控制理论》，夏德钤主编，机械工业出版社3．《自动控制理论》，胡寿松，航空工业出版社7