實(shí)驗(yàn)四 二階系統(tǒng)動態(tài)特性

1、實(shí)驗(yàn)四 二階系統(tǒng)（振蕩環(huán)節(jié)）的動態(tài)性能測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比z和無阻尼自然頻率對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。定量分析和與最大超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間之間的關(guān)系；2、進(jìn)一步學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用方法；3、學(xué)會根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、EL-AT-II型自動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺2、計(jì)算機(jī)一臺三、實(shí)驗(yàn)原理控制系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運(yùn)算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計(jì)算機(jī)等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動

2、態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進(jìn)一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。時(shí)域性能指標(biāo)的測量方法：超調(diào)量%：1、啟動計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2、測試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3、連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。4、在實(shí)驗(yàn)課題下拉菜單中選擇實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 。5、鼠標(biāo)單擊實(shí)驗(yàn)課題彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)窗口。在參數(shù)設(shè)置窗口中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。6

3、、利用軟件上的游標(biāo)測量響應(yīng)曲線上的最大值和穩(wěn)態(tài)值，帶入下式算出超調(diào)量：與：利用軟件的游標(biāo)測量水平方向上從零到達(dá)最大值與從零到達(dá)95%穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間值，便可得到與。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (1)其中和對系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)有決定的影響。構(gòu)成圖1-7典型二階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應(yīng)：圖1-7 二階系統(tǒng)模擬電路圖電路的結(jié)構(gòu)圖如圖1-8：圖1-8 二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 （2）式中 T=RC，K=R2/R1。比較（1）、（2）二式，可得wn=1/T=1/RC, z=K/2=R2/2R1 （3） 由（3）式可知，改變比值R2/R1，可以改變二階系統(tǒng)的阻尼比。改變RC值

4、可以改變無阻尼自然頻率wn。今取R1=200K，R2=100KW和200KW，可得實(shí)驗(yàn)所需的阻尼比。電阻R取100KW，電容C分別取1mf和0.1mf,可得兩個(gè)無阻尼自然頻率wn。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。2、啟動計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。3、測試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4、在實(shí)驗(yàn)課題下拉菜單中選擇實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng), 鼠標(biāo)單擊該選項(xiàng)彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)窗口。5、取w

5、n=10rad/s, 即令R=100KW，C=1mf；分別取z=0.5、1、2，即取R1=100KW，R2分別等于100KW、200KW、400KW。輸入階躍信號，測量不同的z時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts的數(shù)值和響應(yīng)動態(tài)曲線，并與理論值比較。6、取z=0.5。即電阻R2取R1=R2=100KW；wn=100rad/s, 即取R=100KW，改變電路中的電容C=0.1mf(注意：二個(gè)電容值同時(shí)改變)。輸入階躍信號測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量sp和調(diào)節(jié)時(shí)間Tn。7、取R=100KW；改變電路中的電容C=1mf,R1=100KW,調(diào)節(jié)電阻R2=5

6、0KW。輸入階躍信號測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，記錄響應(yīng)曲線，特別要記錄Tp和sp的數(shù)值。8、測量二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)并記入表1-2中：六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、畫出二階系統(tǒng)的模擬電路圖，討論典型二階系統(tǒng)性能指標(biāo)與，的關(guān)系。2、把不同和條件下測量的和值列表，根據(jù)測量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論。3、畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，再由和計(jì)算出傳遞函數(shù)，并與由模擬電路計(jì)算的傳遞函數(shù)相比較。表1-2二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)記錄表（學(xué)生填寫） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果參數(shù)%tp（ms）ts（ms）階躍響應(yīng)曲線R =100KC =1fn=10rad/sR1=100KR2=0K=0R1=100KR2=50K=0.25R1=100KR2=100K=0.5R1=50KR2=200K=1R1=100KC1=C2=0.1fn=100rad/sR1