卓利元控制工程指导书

《卓利元控制工程指导书》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、实验一高阶系统的瞬态响应和稳定性分析一、实验目的1.通过实验，进一步理解线性系统的稳定性仅取决丁•系统本身的结构和参数，与外作用及初始条件均无关的特性；2.研究系统的开环增益K或其它参数的变化对闭环系统稳定性的影响。二、实验设备1.THKKL-6型控制理论及计算机控制技术实验箱；2.PC机一台（含“THKKL-6”软件）；3.USB接口线；三、实验内容观测三阶系统的开环增益K为不同数值吋的阶跃响应Illi线。四、实验原理三阶系统及三阶以上的系统统称为窩阶系统。一个高阶系统的瞬态响应是由一阶和二阶系统的瞬态响应组成。控制系统能投入实际应用必须首

2、先满足稳定的要求。线性系统稳定的充要条件是其特征方程式的根全部位于S平而的左方。应用劳斯判据就可以判别闭环特征方程式的根在S平面上的具体分布，从而确定系统是否稳定。木实验是研究一个三阶系统的稳定性与其参数K对系统性能的关系。三阶系统的方框图和模拟电路图如图3・1、图3・2所示。电路参考单元为：通用单元1、通用单元2、通用单元3、通用单元4、反相器单元、电位器组系统开环传递断数为:G（5）=KS^S+gS+l)KK2r-5(0.15+1)(0.55+1)式中r=ls,T,=0.15,7；=0.5$,K=^^,K产1,K2=—（其中待定电阻&一

3、r心的单位为kQ）,改变&的阻值，可改变系统的放大系数K。由开环传递函数得到系统的特征方程为：S3+12S2+20S+20K=0由劳斯判据得：012系统不稳定a）不稳定b）临界图3-3三阶系统在不同放人系数的单位阶跃响应曲线五、实验步骤根据图3-2所示的三阶系统的模拟电路图，组建该系统的模拟电路。当系统输入一单位阶跃信号时，在下列几种情况下，用上位软件观测并记录不同K值时的实验曲线。1.若K=5时，系统稳定，此时电路屮的Rx取100K左右；2.若K=12时，系统处于临界状态，此时电路屮的Rx取42.5

4、K左右（实际值为47K左右）;3.若K=20吋，系统不稳定，此吋电路中的Rx取25K左右。六、实验报告要求1.画出三阶系统线性定常系统的实验电路，并写出具闭环传递函数，表明电路屮的各参数。2.根据测得的系统单位阶跃响应曲线，分析开环增益对系统动态特性及稳定性的影响。七、实验思考题对三阶系统，为使系统能稳定工作，开环增益K应适量取人还是取小？实验二典型环节和系统频率特性的测量一、实验目的1.了解典型坏节和系统的频率特性曲线的测试方法；2.根据实验求得的频率特性曲线求取传递函数。二、实验设备1.THKKL-6型控制理论及计算机控制技术实验箱；2.

5、PC机一台（含“THKKL-6"软件）；3.USB接口线；三、实验内容1.惯性环节的频率特性测试；2.二阶系统频率特性测试；3.由实验测得的频率特性Hll线，求取相应的传递函数；4.用软件仿真的方法，求取惯性环节和二阶系统的频率特性。四、实验原理1.系统（环节）的频率特性设G（S）为一最小相位系统（环节）的传递函数。如在它的输入端施加一幅值为X加、频率为血的正弦信号，则系统的稳态输出为y=Ymsin（曲+卩）=X“」G（丿训sin伽+（p）由式①得出系统输出，输入信号的幅值比相位差£=（•/力）

6、=（幅频特性）X…X（相频特性）0(d)=ZG

7、(je)式中

8、G（沟）

9、和0（。）都是输入信号3的函数。2.频率特性的测试方法2.1李沙育图形法测试2.1.1幅频特性的测试2乙”2X,”改变输入信号的频率，即可测出相应的幅值比，并计算2Y厶（（〃）=20logA（0）=20log———（dB）2X“，其测试框图如下所示:图5-1幅频特性的测试图（李沙育图形法）注：示波器同一时刻只输入一个通道，即系统（环节）的输入或输出。2.1.2相频特性的测试超低煩侑号发生•图5-2幅频特性的测试图(李沙育图形法)令系统(环节)的输入信号为：X(0=X/nsma)t(5-1)则其输出为Y(t)=Ymsin

10、(曲+0)(5-2)对应的李沙育图形如图5・2所示。若以t为参变量，则X(t)与Y(t)所确定点的轨迹将在示波器的屏幕上形成一条封闭的曲线(通常为椭洌)，当t=0时，X(0)=0由式(5・2)得K(0)=Ymsin(0)于是有0(e)=sin'1星®=sin-1竺⑼(5-3)同理可得0@)=sin_空®(5-4)2X”，其中2y(0)为椭圆与Y轴相交点间的长度；2X(0)为椭鬪与X轴和交点间的长度。式(5・3)、(5・4)适用于椭圆的长轴在一、三象限；当椭闘的心轴在二、四时相位0的计算公式变为：09)=180°—sin"2Y(0)~2Y~fn

11、^)=180°-sin"12X(0)2X下表列出了超前与滞后时相位的计算公式和光点的转向。和角＜p超前滞后0。~90°90°~180°0°~90°90°~180°图