高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析

1、暨南大學(xué)本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)用紙課程名稱(chēng) 自動(dòng)控制原理 成績(jī)?cè)u(píng)定 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng)高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析 指導(dǎo)教師 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編號(hào) 0806105702 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類(lèi)型 驗(yàn)證 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 學(xué)院 系 專(zhuān)業(yè) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2012年 5 月 15 日 下午 溫度 濕度 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解線(xiàn)性系統(tǒng)的穩(wěn)定性?xún)H取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，它與外作用及初始條件均無(wú)關(guān)的特性；2研究系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K或其它參數(shù)的變化對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。3通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，理解系統(tǒng)的跟蹤誤差與其結(jié)構(gòu)、參數(shù)與輸入信號(hào)的形式、幅值大小之間的關(guān)系；4研究系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差的影響。 二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境1THBDC-1

2、型 控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；2PC機(jī)一臺(tái)(含“THBDC-1”軟件)、USB數(shù)據(jù)采集卡、37針通信線(xiàn)1根、16芯數(shù)據(jù)排線(xiàn)、USB接口線(xiàn)。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫(huà)出三階系統(tǒng)線(xiàn)性定常系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路，并寫(xiě)出其閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)。2根據(jù)測(cè)得的系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，分析開(kāi)環(huán)增益對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性的影響。3. 畫(huà)出型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實(shí)驗(yàn)測(cè)得系統(tǒng)在單位階躍和單位斜坡信號(hào)輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及分析1觀(guān)測(cè)三階系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K為不同數(shù)值時(shí)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)第一步: 畫(huà)出三階系統(tǒng)線(xiàn)性定常系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路，并寫(xiě)出其閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)。三階系統(tǒng)線(xiàn)性

3、定常系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示：圖1 三階系統(tǒng)線(xiàn)性定常系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：其中，（其中待定電阻的單位為），改變的阻值，可改變系統(tǒng)的放大系數(shù)。第二步: 根據(jù)測(cè)得的系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，分析開(kāi)環(huán)增益對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性的影響。（1）、當(dāng)電路中的取時(shí)，三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)如圖2所示：圖2 時(shí)三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)由圖2可知，此時(shí)三階系統(tǒng)不穩(wěn)定（2）、當(dāng)電路中的取時(shí)，三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)如圖3所示：圖3 時(shí)三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)由圖3可知，此時(shí)三階系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。（3）、當(dāng)電路中的取時(shí)，三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)如圖4所示：圖4 時(shí)三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)由圖4可知，此時(shí)三

4、階系統(tǒng)穩(wěn)定。綜合圖2、圖3和圖4可知，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益會(huì)影響閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越差；越小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好。2觀(guān)測(cè)I型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和單位斜坡響應(yīng)，并實(shí)測(cè)它們的穩(wěn)態(tài)誤差； 第一步: 畫(huà)出型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖I型二階系統(tǒng)的方框圖如圖5所示：圖5 I型二階系統(tǒng)的方框圖I型二階系統(tǒng)的模擬電路圖如圖6所示：圖6 I型二階系統(tǒng)的模擬電路圖第二步: 測(cè)量得系統(tǒng)在單位階躍和單位斜坡信號(hào)輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。（1）、當(dāng)輸入為單位階躍信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如圖7所示：圖7 系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)（2）、當(dāng)輸入為單位斜坡信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)如圖8所示：圖8 單位斜坡信號(hào)的響應(yīng)四、實(shí)驗(yàn)小結(jié)（1）、線(xiàn)性系統(tǒng)的穩(wěn)定性與外界作用和初始條件都無(wú)關(guān)，僅取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。（2）、系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益會(huì)影響閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，越大，系統(tǒng)的