卓利元控制工程指导书.doc

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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于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为不同数值时的阶跃响应曲线。四、实验原理三阶系统及三阶以上的系统统称为高阶系统。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

2、成。控制系统能投入实际应用必须首先满足稳定的要求。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平面的左方。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。本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。图3-1三阶系统的方框图图3-2三阶系统的模拟电路图电路参考单元为：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函数为：实验一高阶系统的瞬态响应和稳定性分析一、实

3、验目的1．通过实验，进一步理解线性系统的稳定性仅取决于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为不同数值时的阶跃响应曲线。四、实验原理三阶系统及三阶以上的系统统称为高阶系统。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先满足稳定

4、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平面的左方。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。本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。图3-1三阶系统的方框图图3-2三阶系统的模拟电路图电路参考单元为：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函数为：式中=1s，，，，，（其中待定电阻Rx的单位为kΩ），改变Rx的阻值，可改变系统的放

5、大系数K。由开环传递函数得到系统的特征方程为：由劳斯判据得：012系统不稳定其三种状态的不同响应曲线如图3-3的a)、b)、c)所示。a)不稳定b)临界c)稳定图3-3三阶系统在不同放大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，此时电路中的RX取100K左右；2．若K=12时，系统处于临界状态，此

6、时电路中的RX取42.5K左右(实际值为47K左右)；3．若K=20时，系统不稳定，此时电路中的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，并写出其闭环传递函数，表明电路中的各参数。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应适量取大还是取小？实验二典型环节和系统频率特性的测量一、实验目的1．了解典型环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、

7、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曲线，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、频率为的正弦信号，则系统的稳态输出为由式①得出系统输出，输入信号的幅值比相位差(幅频特性)(相频特性)

8、式中和都是输入信号的函数。2．频率特性的测试方法2.1李沙育图形法测试2.1.1幅频特性的测试由于改变输入信号的频率，即可测出相应的幅值比，并计算（dB）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：(5-1)则其输出为(5-2)对应的李沙育图形如图5-2所示。若以t为参变量