典型系统的时域响应和稳定性分析.doc

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1、一、实验目的1.研究二阶系统的特征参量(ξ、ωn)对过渡过程的影响。2.研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。3.熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。二、实验设备PC机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。三、实验原理及内容1.典型的二阶系统稳定性分析(1)结构框图：如图1.2-1所示。(2)对应的模拟电路图：如图1.2-2所示。(1)理论分析(2)先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实

2、验中(图1.2-2)，系统闭环传递函数为：一、实验步骤1.将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。2.典型二阶系统瞬态性能指标的测试(1)按模拟电路图1.2-2接线，将1中的方波信号接至输入端，取R=10K。(2)用示波器观察系统响应曲线C(t)，测量并记录超调MP、峰值时间tp和调节时间tS。(3)分别按R=50K；160K；200K；改变系统开环增益，

3、观察响应曲线C(t)，测量并记录性能指标MP、tp和tS，及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较(实验前必须按公式计算出)。将实验结果填入表1.2-1中。表1.2-2中已填入了一组参考测量值，供参照。3.典型三阶系统的性能(1)按图1.2-4接线，将1中的方波信号接至输入端，取R=30K。(2)观察系统的响应曲线，并记录波形。(3)减小开环增益(R=41.7K；100K)，观察响应曲线，并将实验结果填入表1.2-3中。表1.2-4中已填入了一组参考测量值，供参照。一、实验结果1.当R=10K实验结果2.当R=50K实验结果1.当R=

4、160K实验结果2.当R=200K实验结果一、实验分析典型二阶系统瞬态性能指标实验测试值见下表表1.2-2参数项目R(KΩ)KωnξC(tp)C(∞)Mp(%)tp(s)ts(s)响应情况理论值测量值理论值测量值理论值测量值0<ξ<1欠阻尼1020101.414439.80.320.31251.61.56衰减振荡50425541.11118.70.850.8751.61.76ξ＝1临界阻尼1602.51无1无无1.92.56单调指数ξ>1过阻尼2001552无1无无2.93.56单调指数经过这次实验，我们学习了典型的二阶和三阶系统的稳定

5、性分析，我们不仅更加深刻了解了TD-ACC+实验系统的使用，也收获了课堂上所得不到的知识，对系统的时域响应和稳定性有了更进一步的理解。首先，在试验系统的使用中，熟练利用虚拟仪器，调整输出的方波是非常的方便的。通过对实验所得波形与数据的分析，我总结了一下几点：(1)通过调整系统的参数可改变系统阻尼系数，从而改变系统动态性能。(2)当阻尼系数小于1为欠阻尼，阻尼系数越小，系统超调越大，峰值时间越小，调整时间越大。(3)当阻尼系数等于1为临界阻尼，无超调，调整时间最小。(4)当阻尼系数大于1为过阻尼，阻尼越大，响应越慢，调整时间越大。