华中科技大学电气信号与控制综合实验实验报告

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1、电气学科大类2013级《信号与控制综合实验》课程实验报告(基本实验一:信号与系统基本实验)姓名学号同组者1学号指导教师日期实验成绩评阅人24实验评分表基本实验实验编号名称/内容实验分值评分实验十一：二阶系统的模拟与动态性能的研究实验十二：二阶系统的稳定性能研究设计性实验实验名称/内容实验分值评分实验十四：线性控制系统的设计与校正实验十六：控制系统状态反馈控制器设计创新性实验实验名称/内容实验分值评分教师评价意见总分24目录一：实验内容：1：二阶系统的模拟与动态性能的研究————32：二阶系统的稳定性能的研究————73：控制系统状态反馈控制器

2、设计————154：线性控制系统的控制与校正————18二：实验总结————23三：心得与个人评价————24四：参考文献————2424实验十一：二阶系统的模拟和动态性能研究一：任务和目标1：掌握典型二阶系统动态性能指标的测试方法2：通过实验和理论分析计算的比较,研究系统的参数对其动态性能的影响二：总体方案设计R(s)-C(s)图11-1典型二阶系统的方框图如图11-1所示。其闭环函数为式中，，为系统的阻尼比；，为系统的无阻尼自然频率。任何二阶系统均可化为上述的标准形式，但是对于不同的系统，和所包含的内容也不同。调节系统的开环增益K或时间常

3、数T可改变系统的阻尼比。二阶系统可用图11-2所示的模拟电路图来模拟。图11-2二阶系统模拟电路图三、方案实现和具体设计（一）：实验内容24按照设计好的模拟电路图搭建实验电路，分别设置，观察并记录r(t)为正负方波信号时的输出波形c(t)；分析此时相对应的、，并加以定性的讨论。（二）：实验步骤：改变运算放大器的电容C，改变二阶系统模拟电路的开环增益K或时间常数T，观测当阻尼比或无阻尼自然频率为不同值时系统的动态性能，并用示波器记录各种波形。设计一个一阶线性定常闭环系统，并根据系统的阶跃输入响应确定该系统的时间常数。实验可用电子模拟装置；数字示

4、波器或模拟示波器来实现。四：实验结果照电路图连好电路，输入信号选Vpp=4V，f=2Hz的方波信号。得到的实验结果如下。（一）：C=0.68μF时。零阻尼，欠阻尼和过阻尼结果波形如下图11-3C=0.68µF无阻尼二阶系统波形图24图11-4C=0.68µF欠阻尼二阶系统波形图图11-5C=0.68µF过阻尼二阶系统波形图（二）：C=0.082μF时，重复步骤，得到结果如下：图11-6C=0.082µF无阻尼二阶系统波形图24图11-7C=0.082µF欠阻尼二阶系统波形图图11-8C=0.082µF过阻尼二阶系统波形图（三）：设计一个一阶系

5、统，电路设计如图11-9所示.电容大小为C=0.47μF，选取一个合适的R2的值，接入电路进行实验。得到的阶跃响应波形如图11-10所示。图11-9一阶系统图24图11-10一阶系统阶跃响应五：结果分析与讨论1：由结果可知，C=0.68μF时，过阻尼状态没有超调量，调节时间约为120ms，零阻尼的波形近似为正弦波，欠阻尼状态下的超调量接近60％。而当C=0.082μF时，欠阻尼的超调量达到了100％，调节时间约为15ms，过阻尼的调节时间约为25ms。在忽略误差的情况下，实际波形与预测相符，欠阻尼超调量大，调节时间短，过阻尼无超调量，调节时间

6、长。2设计的一阶系统取R2=10kΩ，C=0.47μF，经计算K=2，T=2.35，一阶系统响应时间约为5T=12ms，得出阶跃响应结果波形与之符合。24实验十二二阶系统的稳态性能研究一、任务和目标1、了解不同输入信号以及系统的型别对系统稳态误差的影响；2、研究系统开环增益K对稳态误差的影响；3、了解扰动信号对系统类型和稳态误差的影响；4、研究减小直至消除稳态误差的措施。二、总体方案设计经理论分析，系统的稳态误差与系统的型别和增益K均有关，而且也与其输入信号R(s)的大小有关。本实验可以通过搭建模拟电路并改变其前向通道的积分环节的个数，从而改

7、变系统的型别，来观察和验证二阶系统对不同输入的稳态误差。设计一个二阶系统模拟电路，提供一个输入口和两个扰动输入口，分别研究输入信号以及扰动信号的影响。所用的二阶系统模拟电路如图12-1所示。图12-1二阶系统模拟电路图示电路中取电阻、为10kΩ，电容为1μF，通过调节来改变开环增益K。该系统的开环传递函数为,其中开环增益。通过调节K的大小或改变系统的类型可以调节稳态误差。三、方案实现和具体设计（一）：实验内容：1、按照模拟电路图搭建实验电路，设置函数发生器的输出信号Vpp=2V，f=4Hz；2、将函数发生器输出信号接在r(t)处，观测该二阶系

8、统的阶跃响应并测量其稳态误差；3、将函数发生器发出的信号分别接在f(t)和g(t)处，观测扰动信号在不同作用点输入时系统的响应和稳态误差。（二）：实验步骤：241：