實驗三 線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的研究.doc

實驗三 線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的研究一、實驗目的1. 了解不同典型輸入信號對于同一個系統(tǒng)所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。2了解一個典型輸入信號對不同類型系統(tǒng)所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。3研究系統(tǒng)的開環(huán)增益K對穩(wěn)態(tài)誤差的影響。二、實驗設備1THBCC-1型 信號與系統(tǒng)控制理論及計算機控制技術(shù)實驗平臺2PC機1臺(含上位機軟件) 37針通信線1根3雙蹤慢掃描示波器1臺(可選)三、實驗內(nèi)容1. 觀測0型二階系統(tǒng)的單位階躍和斜坡響應，并測出它們的穩(wěn)態(tài)誤差。2觀測型二階系統(tǒng)的單位階躍和斜坡響應，并測出它們的穩(wěn)態(tài)誤差。3觀測型二階系統(tǒng)的單位斜坡和拋物線響應，并測出它們的穩(wěn)態(tài)誤差。四、實驗原理下圖為控制系統(tǒng)的方框圖：該系統(tǒng)的誤差為E(S)的表達式為式中G(S)和H(S)分別為系統(tǒng)前向通道和反饋通道中的傳遞函數(shù)。由上式可知，系統(tǒng)的誤差不僅與其結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而且也與其輸入信號R(S)的大小有關(guān)。本實驗就是研究系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與上述因素間的關(guān)系。有關(guān)0型、型和型系統(tǒng)跟蹤不同的輸入信號時穩(wěn)態(tài)誤差的理論計算及其實驗參考模擬電路，請參見附錄。五、實驗步驟1利用實驗平臺上的模擬電路單元,設計(具體可參考本實驗附錄中的圖3-2，觀測波形時在輸出端可以加入反相器進行觀測)一個由兩個慣性環(huán)節(jié)組成的0型二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路。待檢查電路接線無誤后,接通實驗平臺的電源總開關(guān)，并開啟5V，15V直流穩(wěn)壓電源。2利用示波器（慢掃描示波器或虛擬示波器）觀測0型二階模擬電路的階躍特性，并測出其穩(wěn)態(tài)誤差。 3利用示波器觀測0型二階模擬電路的斜坡響應曲線，據(jù)此確定其穩(wěn)態(tài)誤差。4參考實驗步驟1、2、3，,設計(具體可參考本實驗附錄中的圖3-4，觀測波形時在輸出端可以加入反相器進行觀測)一個由一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)組成的型二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路。并用示波器觀測該系統(tǒng)的階躍特性和斜坡特性，并分別測出其穩(wěn)態(tài)誤差。5參考實驗步驟1、2、3，,設計(具體可參考本實驗附錄中的圖3-6，觀測波形時在輸出端可以加入反相器進行觀測)一個由兩個積分環(huán)節(jié)和一個比例微分環(huán)節(jié)組成的型二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路。并用示波器觀測該系統(tǒng)的斜坡特性和拋物線特性，并分別測出其穩(wěn)態(tài)誤差。注意：1. 以上實驗步驟2、3、4、5中的具體操作方法，請參閱“實驗一”中的實驗步驟3。2本實驗所用的階躍信號、斜坡信號可由實驗平臺的“函數(shù)信號發(fā)生器”、或由上位機軟件的“信號發(fā)生器”或VBS腳本編輯器編程產(chǎn)生，但拋物線信號必須由上位機軟件的“信號發(fā)生器”或VBS腳本編輯器編程產(chǎn)生。上位機軟件的“信號發(fā)生器”使用：打開信號發(fā)生器的界面選擇相應的波形和需要的參數(shù)后點ON即可，上位機軟件的“信號發(fā)生器” 或VBS腳本編輯器編程由DA1輸出。 六、實驗報告要求1畫出0型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統(tǒng)在單位階躍和單位斜坡信號輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差。2畫出型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統(tǒng)在單位階躍和單位斜坡信號輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差。3畫出型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統(tǒng)在單位斜坡和單位拋物線函數(shù)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。七、實驗思考題1為什么0型系統(tǒng)不能跟蹤斜坡輸入信號？2為什么0型系統(tǒng)在階躍信號輸入時一定有誤差存在？3為使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，系統(tǒng)的開環(huán)增益應取大些還是小些？4解釋系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度對開環(huán)增益K的要求是相矛盾的，在控制工程中如何解決這對矛盾？八、附錄 10型二階系統(tǒng) 0型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖分別為圖3-1和圖3-2所示。 圖3-1 0型二階系統(tǒng)的方框圖 圖3-2 0型二階系統(tǒng)的模擬電路圖 1) 單位階躍輸入 因 所以 2) 單位斜坡輸入 說明0型系統(tǒng)不能跟蹤斜坡輸入信號，而對于單位階躍有穩(wěn)態(tài)誤差。實驗波形分別如圖3-3中a、b所示，其中圖b中R為單位斜坡輸入信號，C為輸出信號。 圖3-3 0型對于單位階躍和單位斜坡輸入時的響應曲線 2型二階系統(tǒng) 圖3-4和圖3-5分別為型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖圖3-4 型二階系統(tǒng)的方框圖 圖3-5 型二階系統(tǒng)的模擬電路圖1) 單位階躍輸入 因 所以 2) 單位斜坡輸入 在單位階躍輸入時型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零，而對于單位斜坡輸入時，型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為。3型二階系統(tǒng) 圖3-6和圖3-7分別為型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖 圖3-