陳sir-實驗二 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng).doc

姓名：陳，H 學(xué)號：XXXXXXXX 班級：電氣實驗二 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)一、實驗?zāi)康?通過實驗了解參數(shù)(阻尼比)、(阻尼自然頻率)的變化對二階系統(tǒng)動態(tài)性能的影響；2掌握二階系統(tǒng)動態(tài)性能的測試方法。二、實驗設(shè)備1THBDC-1型 控制理論計算機控制技術(shù)實驗平臺；2PC機一臺(含“THBDC-1”軟件)、USB數(shù)據(jù)采集卡、37針通信線1根、16芯數(shù)據(jù)排線、USB接口線。三、實驗內(nèi)容1觀測二階系統(tǒng)的阻尼比分別在01三種情況下的單位階躍響應(yīng)曲線；2調(diào)節(jié)二階系統(tǒng)的開環(huán)增益K，使系統(tǒng)的阻尼比，測量此時系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間ts(= 0.05)；3為一定時，觀測系統(tǒng)在不同時的響應(yīng)曲線。四、實驗原理1二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)用二階常微分方程描述的系統(tǒng)，稱為二階系統(tǒng)，其標準形式的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (2-1)閉環(huán)特征方程：其解 ，針對不同的值，特征根會出現(xiàn)下列三種情況：1）01（欠阻尼），此時，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)呈振蕩衰減形式，其曲線如圖2-1的(a)所示。它的數(shù)學(xué)表達式為：式中，。2）（臨界阻尼）此時，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)是一條單調(diào)上升的指數(shù)曲線，如圖2-1中的(b)所示。3）（過阻尼），此時系統(tǒng)有二個相異實根，它的單位階躍響應(yīng)曲線如圖2-1的(c)所示。(a) 欠阻尼(01時，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)無超調(diào)產(chǎn)生，但這種響應(yīng)的動態(tài)過程太緩慢，故控制工程上常采用欠阻尼的二階系統(tǒng)，一般取=0.60.7，此時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)過程不僅快速，而且超調(diào)量也小。2二階系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)典型的二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖和模擬電路圖如2-2、如2-3所示。圖2-2 二階系統(tǒng)的方框圖圖2-3 二階系統(tǒng)的模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U11、U6）圖2-3中最后一個單元為反相器。由圖2-4可得其開環(huán)傳遞函數(shù)為： ，其中：， (，)其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 與式2-1相比較，可得 ， 五、實驗步驟根據(jù)圖2-3，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建模擬電路。1 值一定時，圖2-3中取C=1uF，R=100K(此時)，Rx阻值可調(diào)范圍為0470K。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同值時的實驗曲線。1.1 若可調(diào)電位器RX=250K時，=0.2，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，其超調(diào)量為53%左右；1.2 若可調(diào)電位器RX=70.7K時，=0.707，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，其超調(diào)量為4.3%左右；實驗曲線如下圖：1.3 若可調(diào)電位器RX=50K時，=1，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)；實驗曲線如下圖：1.4 若可調(diào)電位器RX=25K時，=2，系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)。實驗曲線如下圖：2值一定時，圖2-4中取R=100K，RX=250K(此時=0.2)。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同值時的實驗曲線。2.1 若取C=10uF時，2.2 若取C=0.1uF（將U7、U9電路單元改為U10、U13）時，注：由于實驗電路中有積分環(huán)節(jié)，實驗前一定要用“鎖零單元”對積分電容進行鎖零。六、實驗報告要求1畫出二階系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)的實驗電路，并寫出閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)；2根據(jù)測得系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，分析開環(huán)增益K和時間常數(shù)T對系統(tǒng)的動態(tài)性能的影響。七、實驗思考題1如果階躍輸入信號的幅值過大，會在實驗中產(chǎn)生什么后果？答：系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性不會因輸入幅值而變化2在電路模擬系統(tǒng)中，如何實現(xiàn)負反饋和單位負反饋？答：用運放搭個閉環(huán)放大器就實現(xiàn)負反饋了。3為什么本實驗中二階系統(tǒng)對階躍輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差為零？答：因為二階欠阻尼系統(tǒng)，單位階躍響應(yīng)表達中，當t趨向于無窮時，它值趨向于1，即穩(wěn)態(tài)誤差為0八、實驗心得在實驗過程中，我們遇到了很多的問題，如線路接線問題、波形問題、輸出問題等等，這就要求我們需要更加仔細地閱讀實驗材料，認真地做好實驗中的每一步，對實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容有更加深刻的認識與熟悉，能夠發(fā)現(xiàn)問題并能迅速解決問題，在不斷的解決問題的過程中逐步提升自己的實踐動手能力以及對知識的熟悉掌握程度。通過此次實驗，我們學(xué)到了很多平日在理論課堂上所不能學(xué)到的知識與經(jīng)驗，如實驗前對實驗儀器的檢查，對電腦軟件THBDC-1的實際操作，對輸出波形的分析等等。這些經(jīng)驗對我們以后的學(xué)習(xí)將有著一定的幫助與啟示，使我們對自己的專業(yè)和以后將從事的工作擁有更加全面的了解和認識。通過這次的實驗，我們深刻認識到了自身動手實踐能力的不足。從小學(xué)開始，學(xué)校的教育就一直以高考為最終目標，理論學(xué)習(xí)成為了學(xué)習(xí)的全部。進入大學(xué)后，實驗課增加了很多，但長久以來的慣性思維使得我們?nèi)允菍⒗碚搶W(xué)習(xí)作為重點，對實際操作不大重視。作為工程學(xué)科來說，應(yīng)用才是最終目的，不論對于理論有多么熟悉，疏于實際操作的話將永遠也成為不了一名合格的工科生。這次實驗使得我們更加堅定了不斷提高實踐能力的決心。在今后的學(xué)習(xí)中，我們會合理安排，在學(xué)習(xí)理論知識的