二階瞬態(tài)響應(yīng)特性與穩(wěn)定性分析報(bào)告

1、.專業(yè)整理 .廣西大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙組長(zhǎng)：指導(dǎo)老師 ：成績(jī)：組員：學(xué)院：電氣工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：163實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ：實(shí)驗(yàn)五 二階瞬態(tài)響應(yīng)特性與穩(wěn)定性分析2018 年5月11 日【實(shí)驗(yàn)時(shí)間 】2018 年 5月 11日【實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 】綜合 808【實(shí)驗(yàn)?zāi)康?】1、以實(shí)際對(duì)象為基礎(chǔ)，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(guò)阻尼的響應(yīng)曲線。3、學(xué)會(huì)用 MATLAB 分析系統(tǒng)穩(wěn)定性。【實(shí)驗(yàn)設(shè)備與軟件 】1、 Multisim 10電路設(shè)計(jì)與仿真軟件2、 labACT 試驗(yàn)臺(tái)與虛擬示波器3、 MATLAB 數(shù)值分析軟件【實(shí)驗(yàn)原理 】1、被模擬對(duì)象模型

2、描述永磁他勵(lì)電樞控制式直流電機(jī)如圖1（ a）所示 。 根據(jù) Kirchhoff定律和機(jī)電轉(zhuǎn)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(jī)和負(fù)載折合到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， Tl 是折合到電機(jī)軸上的總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ， b 是電機(jī)與負(fù)載折合到電機(jī)軸上的粘性摩擦系數(shù)； kt 是轉(zhuǎn)矩系數(shù) （Nm/A ）， ke 是反電動(dòng)勢(shì)系數(shù) （ Vs/rad ）。 令 eL / R (電磁時(shí)間常數(shù) )，mJ / b （機(jī)械時(shí)間常數(shù) ），于是可由這三個(gè)方程畫出如圖1（ b ）的線性模型框圖。將 Tl 看成對(duì)控制系

3、統(tǒng)的擾動(dòng)，僅考慮先行模型框圖中U ss 的傳遞函數(shù)為.學(xué)習(xí)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(yīng)用中常忽略不計(jì)，于是上式轉(zhuǎn)化為G ssK d（ 5）U ss(Tems 1)式中 ， K dkt / Rb kekt 為傳動(dòng)函數(shù) ， TemJR / Rb kekt為機(jī)電時(shí)間常數(shù) 。 本實(shí)驗(yàn)中 ，去Tem 0.1s ，傳動(dòng)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(hào)產(chǎn)生的操作方法：用信號(hào)發(fā)生器（ B1）的 階躍信號(hào)輸出和幅度控制電位器構(gòu)造輸入信號(hào)

4、r(t) ，即 B1 單元中電位器的左邊K3 開(kāi)關(guān)撥下 （ GND ）， 右邊 K4 開(kāi)關(guān)撥下 （ 0/+5V 階躍 ）。階躍信號(hào)輸出（ B1-2 的 Y 測(cè)孔 ）調(diào)整為 2.5V （調(diào)試方法 ：調(diào)節(jié)電位器 ，用萬(wàn)用表測(cè)量Y 測(cè)孔 ）。構(gòu)造有源放大電路用模擬運(yùn)算單元和阻容庫(kù)A1-A9 資源 。輸入和輸出信號(hào)的測(cè)量利用虛擬示波器，直接將信號(hào)接入CH1 和 CH2 測(cè)孔 ，運(yùn)行 LABACT 程序，打開(kāi)單跡示波器或雙跡示波器，便可以得到波形?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容 、方法、過(guò)程與分析 】1、用運(yùn)算放大器搭建出實(shí)驗(yàn)原理給出的電機(jī)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(guò)阻尼的響應(yīng)曲線，并記錄波形 、超調(diào)量 、峰值時(shí)間 、調(diào)節(jié)時(shí)間 。 并計(jì)算出在欠阻尼下階躍信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，與仿真時(shí)的測(cè)量值進(jìn)行比較。Mulsitim仿真電路圖如下所示.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .表 1 ： Mulistim10仿真數(shù)據(jù)記錄表格及實(shí)驗(yàn)波形參數(shù)項(xiàng)目電阻 R0增益 K0自然頻率阻尼比超調(diào)量峰值時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間（k）(1/s)n（ 計(jì)（計(jì)算（%） t p （ s）ts (s)算值）值）(1/s)測(cè)量值測(cè)量值測(cè)量值計(jì)算值計(jì)算值計(jì)算值15024.4721.118過(guò)阻尼1515.61402.551臨界阻尼1.021.523.463.86.1630.

6、84.00.621.14.50.651.2.學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .0.8R= 25.64k0.707 R=20k.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .0.316 R=4k 1 R=50k.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .2、 用運(yùn)算放大器搭建出實(shí)驗(yàn)原理給出的電機(jī)模型，在 labACT 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)驗(yàn) ，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(guò)阻尼的響應(yīng)曲線，并記錄波形 、超調(diào)

7、量、峰值時(shí)間 、調(diào)節(jié)時(shí)間 。 并計(jì)算出在欠阻尼下階躍信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，預(yù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量值比較 。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .表 2 ：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格及實(shí)驗(yàn)波形參數(shù)項(xiàng)目電阻 R0增益 K0自然頻率阻尼比（k）(1/s)n（ 計(jì)（計(jì)算算值）值）(1/s)15024.4721.118過(guò)阻尼1402.551臨界阻尼23.463.86.1630.82057.070.70701欠阻尼42515.80.316超調(diào)量峰值時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間（%） t p （ s）ts (s)測(cè)量值測(cè)量值測(cè)量值計(jì)算值計(jì)算值計(jì)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(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .過(guò)阻尼.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .臨界阻尼欠阻尼.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .分析實(shí)驗(yàn) ：1、比較過(guò)阻尼和臨界阻尼達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間，分析它們之間存在差異的原因？3答：調(diào)節(jié)時(shí)間一般近似表達(dá)式為t s（按 5%誤差）,可知n 決定系統(tǒng)響應(yīng)的快n速性，所以臨界阻尼情況下系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間比過(guò)阻尼短。2、在欠阻尼情況下 ，隨著阻尼比的改變 ，超調(diào)量、平穩(wěn)性和調(diào)節(jié)時(shí)間會(huì)怎樣變化？答：阻尼比越小 ，超調(diào)量越大 、達(dá)到峰值的時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間越小。3、過(guò)阻尼、臨界阻尼和欠阻尼情況下曲線在同一坐標(biāo)系如下圖所示。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .4、對(duì)于欠阻尼系統(tǒng) ，如果階躍輸入信號(hào)過(guò)大 ，會(huì)在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際中產(chǎn)生什么后果？答：會(huì)使波形超出示波器顯示范圍，造成失真 ，影響實(shí)驗(yàn)測(cè)量和圖形的讀取。【