陳sir-實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng).doc

姓名：陳，H 學(xué)號(hào)：XXXXXXXX 班級(jí)：電氣實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過實(shí)驗(yàn)了解參數(shù)(阻尼比)、(阻尼自然頻率)的變化對二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響；2掌握二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的測試方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1THBDC-1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1根、16芯數(shù)據(jù)排線、USB接口線。三、實(shí)驗(yàn)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(shí)系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間ts(= 0.05)；3為一定時(shí)，觀測系統(tǒng)在不同時(shí)的響應(yīng)曲線。四、實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(huì)出現(xiàn)下列三種情況：1）01（欠阻尼），此時(shí)，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(dá)式為：式中，。2）（臨界阻尼）此時(shí)，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(shí)系統(tǒng)有二個(gè)相異實(shí)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(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)無超調(diào)產(chǎn)生，但這種響應(yīng)的動(dòng)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(shí)系統(tǒng)的動(dòng)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(gè)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(shí)驗(yàn)步驟根據(jù)圖2-3，選擇實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的通用電路單元設(shè)計(jì)并組建模擬電路。1 值一定時(shí)，圖2-3中取C=1uF，R=100K(此時(shí))，Rx阻值可調(diào)范圍為0470K。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號(hào)，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線。1.1 若可調(diào)電位器RX=250K時(shí)，=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(shí)，=0.707，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，其超調(diào)量為4.3%左右；實(shí)驗(yàn)曲線如下圖：1.3 若可調(diào)電位器RX=50K時(shí)，=1，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)；實(shí)驗(yàn)曲線如下圖：1.4 若可調(diào)電位器RX=25K時(shí)，=2，系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)曲線如下圖：2值一定時(shí)，圖2-4中取R=100K，RX=250K(此時(shí)=0.2)。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號(hào)，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線。2.1 若取C=10uF時(shí)，2.2 若取C=0.1uF（將U7、U9電路單元改為U10、U13）時(shí)，注：由于實(shí)驗(yàn)電路中有積分環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)前一定要用“鎖零單元”對積分電容進(jìn)行鎖零。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出二階系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(shí)間常數(shù)T對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能的影響。七、實(shí)驗(yàn)思考題1如果階躍輸入信號(hào)的幅值過大，會(huì)在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生什么后果？答：系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性不會(huì)因輸入幅值而變化2在電路模擬系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋和單位負(fù)反饋？答：用運(yùn)放搭個(gè)閉環(huán)放大器就實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋了。3為什么本實(shí)驗(yàn)中二階系統(tǒng)對階躍輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差為零？答：因?yàn)槎A欠阻尼系統(tǒng)，單位階躍響應(yīng)表達(dá)中，當(dāng)t趨向于無窮時(shí)，它值趨向于1，即穩(wěn)態(tài)誤差為0八、實(shí)驗(yàn)心得在實(shí)驗(yàn)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(xì)地閱讀實(shí)驗(yàn)材料，認(rèn)真地做好實(shí)驗(yàn)中的每一步，對實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容有更加深刻的認(rèn)識(shí)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(shí)踐動(dòng)手能力以及對知識(shí)的熟悉掌握程度。通過此次實(shí)驗(yàn)，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(shí)與經(jīng)驗(yàn)，如實(shí)驗(yàn)前對實(shí)驗(yàn)儀器的檢查，對電腦軟件THBDC-1的實(shí)際操作，對輸出波形的分析等等。這些經(jīng)驗(yàn)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(rèn)識(shí)。通過這次的實(shí)驗(yàn)，我們深刻認(rèn)識(shí)到了自身動(dòng)手實(shí)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(biāo)，理論學(xué)習(xí)成為了學(xué)習(xí)的全部。進(jìn)入大學(xué)后，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，對實(shí)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(shí)際操作的話將永遠(yuǎn)也成為不了一名合格的工科生。這次實(shí)驗(yàn)使得我們更加堅(jiān)定了不斷提高實(shí)踐能力的決心。在今后的學(xué)習(xí)中，我們會(huì)合理安排，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的