二階瞬態(tài)響應特性與穩(wěn)定性分析報告

1、.專業(yè)整理 .廣西大學實驗報告紙組長：指導老師 ：成績：組員：學院：電氣工程學院專業(yè)：自動化班級：163實驗內容 ：實驗五 二階瞬態(tài)響應特性與穩(wěn)定性分析2018 年5月11 日【實驗時間 】2018 年 5月 11日【實驗地點 】綜合 808【實驗目的 】1、以實際對象為基礎，了解和掌握典型二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和模擬電路圖。2、觀察和分析典型二階系統(tǒng)在欠阻尼、臨界阻尼 、過阻尼的響應曲線。3、學會用 MATLAB 分析系統(tǒng)穩(wěn)定性?！緦嶒炘O備與軟件 】1、 Multisim 10電路設計與仿真軟件2、 labACT 試驗臺與虛擬示波器3、 MATLAB 數(shù)值分析軟件【實驗原理 】1、被模擬對象模型

2、描述永磁他勵電樞控制式直流電機如圖1（ a）所示 。 根據(jù) Kirchhoff定律和機電轉換原理，可得如下方程L diRikeu （ 1 ）dtJ dbkti Tl（ 2）dtd（ 3）dt式中 ，各參數(shù)如圖 1（ a）所示 ： L、 R 為電機和負載折合到電機軸上的轉動慣量， Tl 是折合到電機軸上的總的負載轉矩 ， b 是電機與負載折合到電機軸上的粘性摩擦系數(shù)； kt 是轉矩系數(shù) （Nm/A ）， ke 是反電動勢系數(shù) （ Vs/rad ）。 令 eL / R (電磁時間常數(shù) )，mJ / b （機械時間常數(shù) ），于是可由這三個方程畫出如圖1（ b ）的線性模型框圖。將 Tl 看成對控制系

3、統(tǒng)的擾動，僅考慮先行模型框圖中U ss 的傳遞函數(shù)為.學習幫手 .專業(yè)整理 .skt / Rb1G s（4 ）U ses 1m s 1 ke kt / Rb s考慮到電樞電感L 較小 ，在工程應用中常忽略不計，于是上式轉化為G ssK d（ 5）U ss(Tems 1)式中 ， K dkt / Rb kekt 為傳動函數(shù) ， TemJR / Rb kekt為機電時間常數(shù) 。 本實驗中 ，去Tem 0.1s ，傳動系數(shù)可變 。2、系統(tǒng)的穩(wěn)定性線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)系統(tǒng)特征值均在左半平面。3、接線和操作輸入信號產(chǎn)生的操作方法：用信號發(fā)生器（ B1）的 階躍信號輸出和幅度控制電位器構造輸入信號

4、r(t) ，即 B1 單元中電位器的左邊K3 開關撥下 （ GND ）， 右邊 K4 開關撥下 （ 0/+5V 階躍 ）。階躍信號輸出（ B1-2 的 Y 測孔 ）調整為 2.5V （調試方法 ：調節(jié)電位器 ，用萬用表測量Y 測孔 ）。構造有源放大電路用模擬運算單元和阻容庫A1-A9 資源 。輸入和輸出信號的測量利用虛擬示波器，直接將信號接入CH1 和 CH2 測孔 ，運行 LABACT 程序，打開單跡示波器或雙跡示波器，便可以得到波形。【實驗內容 、方法、過程與分析 】1、用運算放大器搭建出實驗原理給出的電機模型，并在 Mulsitim10中仿真 ，選擇合適的電阻R0 改變速度增益 K0 ，

5、觀察和分析典型二階系統(tǒng)在欠阻尼、臨界阻尼 、過阻尼的響應曲線，并記錄波形 、超調量 、峰值時間 、調節(jié)時間 。 并計算出在欠阻尼下階躍信號輸入時的動態(tài)指標，與仿真時的測量值進行比較。Mulsitim仿真電路圖如下所示.學習幫手 .專業(yè)整理 .表 1 ： Mulistim10仿真數(shù)據(jù)記錄表格及實驗波形參數(shù)項目電阻 R0增益 K0自然頻率阻尼比超調量峰值時間調節(jié)時間（k）(1/s)n（ 計（計算（%） t p （ s）ts (s)算值）值）(1/s)測量值測量值測量值計算值計算值計算值15024.4721.118過阻尼1515.61402.551臨界阻尼1.021.523.463.86.1630.

6、84.00.621.14.50.651.2.學習幫手 .專業(yè)整理 .2057.070.7070116.30.360.97欠阻尼16.50.40.9742515.80.31635.10.210.9636.00.250.961 R=10k .學習幫手 .專業(yè)整理 .0.8R= 25.64k0.707 R=20k.學習幫手 .專業(yè)整理 .0.316 R=4k 1 R=50k.學習幫手 .專業(yè)整理 .2、 用運算放大器搭建出實驗原理給出的電機模型，在 labACT 實驗平臺上實驗 ，選擇合適的電阻 R0 改變速度增益K0,觀察和分析典型二階系統(tǒng)在欠阻尼、臨界阻尼 、過阻尼的響應曲線，并記錄波形 、超調

7、量、峰值時間 、調節(jié)時間 。 并計算出在欠阻尼下階躍信號輸入時的動態(tài)指標，預實驗測量值比較 。.學習幫手 .專業(yè)整理 .表 2 ：實驗數(shù)據(jù)記錄表格及實驗波形參數(shù)項目電阻 R0增益 K0自然頻率阻尼比（k）(1/s)n（ 計（計算算值）值）(1/s)15024.4721.118過阻尼1402.551臨界阻尼23.463.86.1630.82057.070.70701欠阻尼42515.80.316超調量峰值時間調節(jié)時間（%） t p （ s）ts (s)測量值測量值測量值計算值計算值計算值1515.61.01.54.10.551.14.50.651.215.30.320.8516.50.40.97

8、34.50.210.8036.00.250.96.學習幫手 .專業(yè)整理 .過阻尼.學習幫手 .專業(yè)整理 .臨界阻尼欠阻尼.學習幫手 .專業(yè)整理 .學習幫手 .專業(yè)整理 .分析實驗 ：1、比較過阻尼和臨界阻尼達到穩(wěn)定的時間，分析它們之間存在差異的原因？3答：調節(jié)時間一般近似表達式為t s（按 5%誤差）,可知n 決定系統(tǒng)響應的快n速性，所以臨界阻尼情況下系統(tǒng)達到穩(wěn)定的時間比過阻尼短。2、在欠阻尼情況下 ，隨著阻尼比的改變 ，超調量、平穩(wěn)性和調節(jié)時間會怎樣變化？答：阻尼比越小 ，超調量越大 、達到峰值的時間和調節(jié)時間越小。3、過阻尼、臨界阻尼和欠阻尼情況下曲線在同一坐標系如下圖所示。.學習幫手 .專業(yè)整理 .4、對于欠阻尼系統(tǒng) ，如果階躍輸入信號過大 ，會在實驗和實際中產(chǎn)生什么后果？答：會使波形超出示波器顯示范圍，造成失真 ，影響實驗測量和圖形的讀取?！?/p>