自动控制原理实验二报告.doc

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1、北京联合大学《自动控制原理》实验报告课程（项目）名称线性系统的稳定性研究学院：自动化学院专业：物流工程班级：11100358110学号：2011100358112组员：范杰卢甲东学号：2011100358118实验日期：2013年10月9日报告完成日期：2013年10月21日实验二　线性系统的稳定性研究一．实验目的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

2、稳定及不稳定三种瞬态响应。二．实验内容本实验用于观察和分析三阶系统瞬态响应和稳定性。典型Ⅰ型三阶单位反馈系统原理方块图见图2-1。图2-1典型三阶闭环系统的方块图Ⅰ型三阶系统的开环传递函数：（2-1）闭环传递函数（单位反馈）：（2-2）Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路如图2-2所示。它由积分环节（A2）、惯性环节（A3和A5）构成。图2-2Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路图图2-2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

3、=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、41.7K、100K。三．实验内容及步骤Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路图见图2-2，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。注：‘S-ST’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

4、号（Ui）：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（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2-2安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线模块号跨接座号1A1S4，S82A2S2，S11，S123A3S4，S8，S104A5S7，S105A6S2，S61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（O

5、UTA）→A3（H1）4运放级联A3（OUT）→A5（H1）5运放级联A5（OUTA）→A6（H1）6负反馈A6（OUT）→A1（H2）7跨接元件30K(41.7Kor100K)元件库A11中直读式可变电阻跨接到A5（H1）和（IN）之间（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

6、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，并将参数及各项指标填入下表。四、数据分析R=30KK=500/30=16.67R=41.7KK=500/41.7=11.99R=100KK=500/100=5五、实验结论R=30K系统振荡发散，不稳定R=41.7K系统等幅振荡，不稳定R=100K系统振荡衰减，稳定六．实验思考1.在实验

7、线路中如何确保系统实现负反馈？如果方框回路中有偶数个运算放大器，则构成什么反馈?答：实验中的运算放大器都为反向放大器，当回路中如果有奇数个运算放大器，该系统为负反馈，A6就是为了确保系统实现负反馈。当回路中有偶数个运算放大器时，则构成正反馈。2.有那些措施能增加系统的稳定度？它们对系统的性能还有什么影响？答：减小系统的开环增益能增加系统的稳定性，由达到峰值所需要的时间可以看出，开环增益越小，达到峰值所需时间越长，降低了系统的初始快速性。3.实验中的阶跃输入信号的幅值范围应如何考虑？答：若阶跃输入信号幅值过大，会使输

8、出阶跃响应曲线的稳态值过大，如果系统有较大的超调量，则阶跃响应的幅值可能超出范围，不能测得完整的响应曲线。4.改变时间常数T1会怎样影响系统的稳定性？答：增大时间常数T1对系统的稳定性不利，会导致系统的临界放大系数下降，减小系统的稳定裕量。