實(shí)驗(yàn)三 線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的研究.doc

實(shí)驗(yàn)三 線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解不同典型輸入信號(hào)對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。2了解一個(gè)典型輸入信號(hào)對(duì)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(kāi)環(huán)增益K對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1THBCC-1型 信號(hào)與系統(tǒng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2PC機(jī)1臺(tái)(含上位機(jī)軟件) 37針通信線1根3雙蹤慢掃描示波器1臺(tái)(可選)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 觀測(cè)0型二階系統(tǒng)的單位階躍和斜坡響應(yīng)，并測(cè)出它們的穩(wěn)態(tài)誤差。2觀測(cè)型二階系統(tǒng)的單位階躍和斜坡響應(yīng)，并測(cè)出它們的穩(wěn)態(tài)誤差。3觀測(cè)型二階系統(tǒng)的單位斜坡和拋物線響應(yīng)，并測(cè)出它們的穩(wěn)態(tài)誤差。四、實(shí)驗(yàn)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(dá)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(hào)R(S)的大小有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)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(hào)時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差的理論計(jì)算及其實(shí)驗(yàn)參考模擬電路，請(qǐng)參見(jiàn)附錄。五、實(shí)驗(yàn)步驟1利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的模擬電路單元,設(shè)計(jì)(具體可參考本實(shí)驗(yàn)附錄中的圖3-2，觀測(cè)波形時(shí)在輸出端可以加入反相器進(jìn)行觀測(cè))一個(gè)由兩個(gè)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(wú)誤后,接通實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源總開(kāi)關(guān)，并開(kāi)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(cè)0型二階模擬電路的階躍特性，并測(cè)出其穩(wěn)態(tài)誤差。 3利用示波器觀測(cè)0型二階模擬電路的斜坡響應(yīng)曲線，據(jù)此確定其穩(wěn)態(tài)誤差。4參考實(shí)驗(yàn)步驟1、2、3，,設(shè)計(jì)(具體可參考本實(shí)驗(yàn)附錄中的圖3-4，觀測(cè)波形時(shí)在輸出端可以加入反相器進(jìn)行觀測(cè))一個(gè)由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)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(cè)該系統(tǒng)的階躍特性和斜坡特性，并分別測(cè)出其穩(wěn)態(tài)誤差。5參考實(shí)驗(yàn)步驟1、2、3，,設(shè)計(jì)(具體可參考本實(shí)驗(yàn)附錄中的圖3-6，觀測(cè)波形時(shí)在輸出端可以加入反相器進(jìn)行觀測(cè))一個(gè)由兩個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)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(cè)該系統(tǒng)的斜坡特性和拋物線特性，并分別測(cè)出其穩(wěn)態(tài)誤差。注意：1. 以上實(shí)驗(yàn)步驟2、3、4、5中的具體操作方法，請(qǐng)參閱“實(shí)驗(yàn)一”中的實(shí)驗(yàn)步驟3。2本實(shí)驗(yàn)所用的階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)可由實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的“函數(shù)信號(hào)發(fā)生器”、或由上位機(jī)軟件的“信號(hào)發(fā)生器”或VBS腳本編輯器編程產(chǎn)生，但拋物線信號(hào)必須由上位機(jī)軟件的“信號(hào)發(fā)生器”或VBS腳本編輯器編程產(chǎn)生。上位機(jī)軟件的“信號(hào)發(fā)生器”使用：打開(kāi)信號(hào)發(fā)生器的界面選擇相應(yīng)的波形和需要的參數(shù)后點(diǎn)ON即可，上位機(jī)軟件的“信號(hào)發(fā)生器” 或VBS腳本編輯器編程由DA1輸出。 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)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(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。2畫出型二階系統(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。3畫出型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實(shí)驗(yàn)測(cè)得系統(tǒng)在單位斜坡和單位拋物線函數(shù)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。七、實(shí)驗(yàn)思考題1為什么0型系統(tǒng)不能跟蹤斜坡輸入信號(hào)？2為什么0型系統(tǒng)在階躍信號(hào)輸入時(shí)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(kāi)環(huán)增益應(yīng)取大些還是小些？4解釋系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度對(duì)開(kāi)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(duì)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(shuō)明0型系統(tǒng)不能跟蹤斜坡輸入信號(hào)，而對(duì)于單位階躍有穩(wěn)態(tài)誤差。實(shí)驗(yàn)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(hào)，C為輸出信號(hào)。 圖3-3 0型對(duì)于單位階躍和單位斜坡輸入時(shí)的響應(yīng)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(shí)型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零，而對(duì)于單位斜坡輸入時(shí)，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-