自动控制实验一一阶系统的时域分析、二阶系统的瞬态响应.doc

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1、......自动控制实验报告姓名:学号:班级:实验指导老师：__________________成绩：____________________实验一一阶系统的时域分析、二阶系统的瞬态响应一阶系统的时域分析一、实验目的（1）熟悉THBDC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用；（2）熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；（3）测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。二、实验设备（1）THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台；（2）PC机一台(

2、含上位机软件)、数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、采接卡接口线；三、实验内容（1）设计并组建各典型环节的模拟电路；（2）测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；四、实验原理典型的一阶系统的传递函数与方框图分别为：当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为1、时间常数为T时响应曲线如图1-7所示。图1-7五、实验步骤1根据一阶系统的的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建其相应的模拟电路，如下图所示。专业.专注.......图中后一个单元为反相器，其中R

3、0=200K。2若比例系数K=1、时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K=R2/R1=1,T=R2C=100K×10uF=1)。3若比例系数K=1、时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K=R2/R1=1,T=R2C=100K×1uF=0.1)。4若比例系数K=2、时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=200K，C=1uF(K=R2/R1=2,T=R2C=100K×1uF=0.1)。5根据实

4、验时存储的波形及记录的实验数据完成实验报告。注：为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数(一般调至刻度2)和选择“”按钮(时基自动)，以下实验相同。六、实验数据、曲线1若比例系数K=1、时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K=R2/R1=1,T=R2C=100K×10uF=1)。专业.专注.......2若比例系数K=1、时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K=R2/R1=1,T=R2C=100K

5、×1uF=0.1)。3若比例系数K=2、时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=200K，C=1uF(K=R2/R1=2,T=R2C=100K×1uF=0.1)。专业.专注.......七、实验思考题为什么实验中，实验曲线与理论曲线有一定的误差。答：在实验中，运放并不是理想的，假设的2个条件是到处传递函数的前提。实验时，运放存在工作的误差，使得实验曲线与理论曲线有差别。二阶系统的瞬态响应一、实验目的1.通过实验了解参数(阻尼比)、(阻尼自然频率)的变化对二阶系统动态性能的影响；2.掌

6、握二阶系统动态性能的测试方法。二、实验内容、原理1.二阶系统的瞬态响应用二阶常微分方程描述的系统，称为二阶系统，其标准形式的闭环传递函数为(2-1)闭环特征方程：其解，针对不同的值，特征根会出现下列三种情况：专业.专注.......1）0<<1（欠阻尼），此时，系统的单位阶跃响应呈振荡衰减形式，其曲线如图2-1的(a)所示。它的数学表达式为：式中，。2）（临界阻尼）此时，系统的单位阶跃响应是一条单调上升的指数曲线，如图2-1中的(b)所示。3）（过阻尼），此时系统有二个相异实根，它的单位阶跃响应曲线如图2

7、-1的(c)所示。(a)欠阻尼(0<<1)(b)临界阻尼()(c)过阻尼()图2-1二阶系统的动态响应曲线虽然当=1或>1时，系统的阶跃响应无超调产生，但这种响应的动态过程太缓慢，故控制工程上常采用欠阻尼的二阶系统，一般取=0.6~0.7，此时系统的动态响应过程不仅快速，而且超调量也小。2.二阶系统的典型结构典型的二阶系统结构方框图和模拟电路图如2-2、如2-3所示。图2-2二阶系统的方框图图2-3二阶系统的模拟电路图（电路参考单元为：U7、U9、U11、U6）图2-3中最后一个单元为反相器。专业.专注.

8、......由图2-4可得其开环传递函数为：，其中：，(，)其闭环传递函数为：与式2-1相比较，可得，三、实验步骤根据图2-3，选择实验台上的通用电路单元设计并组建模拟电路。1.值一定时，（如取，图2-3中取C=1uF，R=100K），Rx为可调电阻。系统输入一单位阶跃信号，在下列几种情况下，用“THBDC-1”软件观测并记录不同值时的实验曲线。1.1取=0.2时，RX=250K，系统处于欠阻尼状态，其超调量为53%左右；1.