中南大學(xué)典型系統(tǒng)的時域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析實驗報告

1、實 驗 報 告實驗名稱 典型系統(tǒng)的時域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析 系信息院專業(yè)班姓名學(xué)號授課老師預(yù)定時間實驗時間實驗臺號一、目的要求1研究二階系統(tǒng)的特征參量 (、n) 對過渡過程的影響。2研究二階對象的三種阻尼比下的響應(yīng)曲線及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 3熟悉Routh 判據(jù)，用Routh 判據(jù)對三階系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。二、原理簡述1典型的二階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 (1) 結(jié)構(gòu)框圖：如圖所示。(2) 理論分析系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：開環(huán)增益2典型的三階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析(1) 結(jié)構(gòu)框圖：如圖所示。(2) 理論分析系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的特征方程為:三、儀器設(shè)備PC 機(jī)一臺，TD-ACC+(或TD-ACS)教學(xué)實驗系統(tǒng)一套。四、

2、線路示圖1典型的二階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析2典型的三階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析五、內(nèi)容步驟1典型的二階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析實驗內(nèi)容：先算出臨界阻尼、欠阻尼、過阻尼時電阻R 的理論值，再將理論值應(yīng)用于模擬電路中，觀察二階系統(tǒng)的動態(tài)性能及穩(wěn)定性，應(yīng)與理論分析基本吻合。系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：其中自然振蕩角頻率：阻尼比：2典型的三階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析實驗內(nèi)容實驗前由Routh 判斷得Routh 行列式為：為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，第一列各值應(yīng)為正數(shù)，所以有實驗步驟：1 將信號源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個運放單元均設(shè)置了鎖零場效應(yīng)管，所以運放具有鎖零功能。將開關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得

3、“OUT”端輸出的方波幅值為1V，周期為10s 左右。2. 典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測試(1) 按模擬電路圖1.2-2 接線，將1 中的方波信號接至輸入端，取R = 10K。(2) 用示波器觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線C(t)，測量并記錄超調(diào)MP、峰值時間tp 和調(diào)節(jié)時間tS。(3) 分別按R = 50K；160K；200K；改變系統(tǒng)開環(huán)增益，觀察響應(yīng)曲線C(t)，測量并記錄性能指標(biāo)MP、tp 和tS，及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并將測量值和計算值進(jìn)行比較 (實驗前必須按公式計算出)。將實驗結(jié)果填入表1.2-1 中。表1.2-2 中已填入了一組參考測量值，供參照。3典型三階系統(tǒng)的性能(1) 按圖1.2-4 接線，將

4、1 中的方波信號接至輸入端，取R = 30K。(2) 觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，并記錄波形。(3) 減小開環(huán)增益 (R = 41.7K；100K)，觀察響應(yīng)曲線，并將實驗結(jié)果填入表1.2-3 中。表1.2-4 中已填入了一組參考測量值，供參照。六、數(shù)據(jù)處理典型的二階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析波形（1）R=10k時波形圖（2）R=50k時波形圖（3）R=160k時波形圖（4）R=200k時波形圖典型的三階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析波形（1）R=30K時波形圖（2）R=47.1K時波形圖（3）R=100K時波形圖七、分析討論1、 典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)實驗測試值2、典型三階系統(tǒng)在不同開環(huán)增益下的響應(yīng)情況實驗測試值經(jīng)過這次實驗

5、，我覺得我不僅更加深刻了解了TD-ACC+實驗系統(tǒng)的使用，也收獲了課堂上所得不到的知識，對系統(tǒng)的時域響應(yīng)和穩(wěn)定性有了更進(jìn)一步的理解。的確，親自動手實驗?zāi)苁棺约菏芤娣藴\。首先，在試驗系統(tǒng)的使用中，熟練利用虛擬儀器，調(diào)整輸出的方波是非常的方便的。通過對實驗所得波形與數(shù)據(jù)的分析，我總結(jié)了一下幾點：（1） 通過調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)可改變系統(tǒng)阻尼系數(shù)，從而改變系統(tǒng)動態(tài)性能。（2） 當(dāng)阻尼系數(shù)小于1為欠阻尼，阻尼系數(shù)越小，系統(tǒng)超調(diào)越大，峰值時間越小，調(diào)整時間越大。（3） 當(dāng)阻尼系數(shù)等于1為臨界阻尼，無超調(diào)，調(diào)整時間最小。（4） 當(dāng)阻尼系數(shù)大于1為過阻尼，阻尼越大，響應(yīng)越慢，調(diào)整時間越大?？偠灾ㄟ^這次自動控制的實驗，加深了我對典型系統(tǒng)的時域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析的理解