RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)與階躍響應(yīng)(共22頁)

1、南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院2011 / 2012學(xué)年 第 二 學(xué)期實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱 電路實(shí)驗(yàn)（二） 實(shí)驗(yàn)名稱二階電路動(dòng)態(tài)變化過程 的仿真分析 班級(jí)名稱 電氣101 學(xué)生姓名 彭磊 學(xué) 號(hào) 206100931 同組學(xué)生姓名 秦飛 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2012.05.21 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 工程實(shí)踐中心9-229 實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日電力工程學(xué)院二七年制1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 當(dāng)R變化時(shí)，分別觀察：過阻尼、臨界阻尼、欠阻尼衰減振蕩、等幅度振蕩時(shí)的UC的零輸入響應(yīng)和階躍響應(yīng)波形。2、 熟悉Multisim9的具體操作。3、 通過仿真，分析RLC二階串聯(lián)電路參數(shù)對(duì)響應(yīng)波形的影響。二、原理簡述能用二

2、階微分方程描述的電路稱為二階電路，它在電路結(jié)構(gòu)上含有兩個(gè)獨(dú)立的動(dòng)態(tài)電路元件。在二階電路中，給定的初始條件應(yīng)有兩個(gè)，它們由儲(chǔ)能元件的初始值決定。RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)，它可用下述線性二階常微分方程描述：.與電路結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)的兩個(gè)特征根為：A1,A2 由初始條件：所決定。 (1)當(dāng)，則為兩個(gè)不相等的實(shí)根，電路過渡過程的性質(zhì)為過阻尼的非振蕩放電過程。(2)當(dāng)，則為兩個(gè)相等的負(fù)實(shí)根，電路過渡過程的性質(zhì)為臨界阻尼的非振蕩放電過程。(3)如果，則為兩個(gè)不相等的共軛根，電路過渡過程的性質(zhì)為欠阻尼的振蕩放電過程。三、實(shí)驗(yàn)接線圖1、階躍響應(yīng) 求uc的階躍響應(yīng)，構(gòu)建的測試電路如圖1所示，其中的XFG1是函數(shù)信

3、號(hào)發(fā)生器。 圖1 測試電路 再求iL為輸出時(shí)的階躍響應(yīng)。測試電路如圖2。 圖2 測試電路2、RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)和階躍響應(yīng)（a）臨界阻尼響應(yīng)，R=2k時(shí)，開關(guān)從上撥到下時(shí)，如圖3 所示。從下?lián)艿缴蠒r(shí)，如圖 4 所示。開關(guān)從上撥到下是零輸入相應(yīng)，開關(guān)從下?lián)艿缴鲜请A躍響應(yīng)。 圖3 RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)和階躍響應(yīng) （開關(guān)從上撥到下） 圖 4 零輸入響應(yīng)（開關(guān)從下?lián)艿缴希╞） R=5k時(shí)，零輸入響應(yīng)過阻尼電路，電路如圖5所示。開關(guān)從上撥到下是零輸入響應(yīng)，開關(guān)從下?lián)艿缴鲜请A躍響應(yīng)。 圖 5 零輸入響應(yīng)過阻尼波形（c） 欠阻尼， R=10時(shí)，電路如圖 6所示。開關(guān)從上撥到下是零輸入響應(yīng)，開關(guān)

4、從下?lián)艿缴鲜请A躍響應(yīng)。 圖 6 響應(yīng)欠阻尼電路（d）等幅振蕩，R=0時(shí)。電路如圖 7所示。開關(guān)從上撥到下是零輸入響應(yīng)，開關(guān)從下?lián)艿缴鲜请A躍響應(yīng)。 圖 7 等幅電路四、仿真結(jié)果1、階躍響應(yīng) 圖 8 Uc的階躍響應(yīng)波形 圖 9 iL的階躍響應(yīng)波形2、RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)和階躍響應(yīng) 圖 10 零輸入響應(yīng)臨界阻尼波形 圖 11 階躍響應(yīng)臨界阻尼波形 圖 12 零輸入響應(yīng)過阻尼波形 圖 13 階躍響應(yīng)過阻尼波形 圖 14 零輸入響應(yīng)欠阻尼波形 圖 15 階躍響應(yīng)欠阻尼波形 圖 16 零輸入響應(yīng)等幅波形 圖 17 階躍響應(yīng)等幅波形五、結(jié)論運(yùn)用Multisim9程序?qū)LC串聯(lián)電路的響應(yīng)進(jìn)行了仿真，得

5、出了二階系統(tǒng)的響應(yīng)隨阻尼比不同而變化的情況，揭示了阻尼比系數(shù)和響應(yīng)曲線之間的關(guān)系。通過調(diào)整R,L,的參量數(shù)值，從而擬合出不同的震蕩曲線，更形象、準(zhǔn)確地反應(yīng) RLC電路中阻尼振蕩的全過程，進(jìn)而體現(xiàn)了二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)時(shí)，能量來不及交換就再在電阻中消耗掉了，電路只發(fā)生單純的積累或釋放能量的過程，電路過渡過程的性質(zhì)為過阻尼的非振蕩放電過程。所以當(dāng)時(shí)，電路過渡過程的性質(zhì)為過阻尼的非振蕩放電過程。 當(dāng)時(shí)，電路過渡過程的性質(zhì)為臨界阻尼的非振蕩放電過程，在電磁振蕩中，臨界阻尼與欠阻尼和過阻尼相比，系統(tǒng)從運(yùn)動(dòng)趨于平衡所需的時(shí)間最短。當(dāng) R=0時(shí)，電路為等幅振蕩，電路中電壓或電流的振蕩副度保持不變，振蕩過程

6、中不消耗能量。 當(dāng)時(shí)，L,C 之間能量的交換占主導(dǎo)作用，電阻消耗的能量較小，在整個(gè)過程中，波形將呈現(xiàn)衰減振蕩的狀態(tài)，將周期性地改變方向，儲(chǔ)能元件也將周期性地交換能量，所以當(dāng)時(shí)，電路過渡過程的性質(zhì)為欠阻尼的振蕩放電過程。 六、心得、體會(huì)通過本次實(shí)驗(yàn)，我學(xué)會(huì)了如何使用 Multicap 軟件設(shè)計(jì)電路，并通過仿真得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠用Multisim9獨(dú)立的做一些簡單的電路模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證一些已經(jīng)學(xué)過的電路原理和現(xiàn)象，從而加深對(duì)電路原理的理解和認(rèn)識(shí)。通過親自上機(jī)操作，讓我對(duì)電路的理論知識(shí)有了更形象的理解，對(duì)于RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)和階躍響應(yīng)及其波形隨時(shí)間變化趨勢也有了進(jìn)一步了解。Multisim9這個(gè)軟件幾乎可以模擬任何比較簡單的電路，并且可以使誤差很小，結(jié)果變得更加精確，可以讓