三階系統(tǒng)(最新)

1、實驗三 二、三階系統(tǒng)暫穩(wěn)態(tài)分析一 實驗?zāi)康?)2)學(xué)習(xí)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測試性能。了解參數(shù)對系統(tǒng)瞬態(tài)性能及穩(wěn)定性的影響。二 實驗任務(wù)與要求M，峰值時間t ，調(diào)節(jié)時間t觀測不同參數(shù)下二、三階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)并測出性能指標(biāo)：超調(diào)量觀察不同參數(shù)下三階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)波形，理解系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并pps三 實驗原理1、 應(yīng)用模擬電路來模擬典型二階系統(tǒng)。T 1T 0.1秒；K分別為10；5；2.5；1。圖3-1 是典型二階系統(tǒng)原理方塊圖，其中秒；011+1-01圖 3-1開環(huán)傳遞函數(shù)為：KKG(S) 1(3-1)T ST S ST S 011K K T 其中，開環(huán)增益。10閉環(huán)傳遞函數(shù)為K12W(S) n(3-2)

2、 ST S12S K T2S2TS 1S22nn1 K T K TT其中，(3-3)(3-4)T111 0n12T K T0 1 1(1)當(dāng)0 1 時，即欠阻尼情況時，二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)為衰減振蕩，如圖3-2中曲線所示。ten Ct) 1 i )t (3-5)1d2 1 22式中dn1tg1峰值時間可由式(3-5)對時間求導(dǎo)數(shù)，并令它等于零得到： t p(3-6) 1 d2nCt )Ct )M p由求得Ct )p超調(diào)量Mp：M e 2(3-7)(3-8)p1t調(diào)節(jié)時間 ，采用2%允許誤差范圍內(nèi)，近似的等于系統(tǒng)時間常數(shù)的四倍，即sn4t sn 1(2)當(dāng)，即臨界阻尼情況時，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)為單調(diào)的

3、指數(shù)曲線，如圖3-2 中曲線所示。輸出響應(yīng)Ct)為Ct) 1e )t( t tn(2-9)nt這時，調(diào)節(jié)時間可由下式求得sC(t ) 1e ) tn stn s=0.98(3-10)(3-11)s 1(3)當(dāng)，即過阻尼情況時，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)為單調(diào)的指數(shù)曲線：(ee s ts tC t) 1(12) t 0n2 1 ss212s s 1)22式中，1n2nC(t)0.020tstpt-2-2 二階系統(tǒng)階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)1的影響，則當(dāng) 遠(yuǎn)大于1 時，可忽略 t0Ct) 1e( 2t(3-12)n4t這時，調(diào)節(jié)時間 近似為：t (3-13)s 1 s2n100K21UiR- )t100K100K

4、)-測量點二階系統(tǒng)模擬電路R 10K,20K,40KK圖3-3圖3-3 是圖3-1 的模擬電路圖。表3-1 列出有關(guān)二階系統(tǒng)在三種情況（欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼）下具體參數(shù)的表達(dá)式，以便計算理論值。表3-12、圖3-4 是典型三階系統(tǒng)原理方框圖R(S)+C(S)-012圖2-4 典型三階系統(tǒng)圖 3-4開環(huán)傳遞函數(shù)為：K K1KG(S)H(S) 2(3-14)T ST S (T S ST S (T S 01212K K K T其中，(開環(huán)增益)120圖3-5 是典型三階系統(tǒng)模擬電路圖。-op1op2op3op5R-op6圖5 三階系統(tǒng)模擬電路的開環(huán)傳遞函數(shù)為： RKG(S)H(S)(3-15)(

5、3-16)SSS STS (T S 12式中R 的單位為，比較式(1-14)和(2-15)得1T0 T 0.11T 0.52500 RK系統(tǒng)的特征方程為1G(S)H(S)0，由式(2-14)可得ST S (T S K 012展開得到：TT S3 T T )S2 S K 0(3-17)(3-18)1 212將式(2-16)代入式(2-17)得到0.05S 0.6S S K 032S312S220S 20K 0或用勞斯判據(jù)求出系統(tǒng)穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和不穩(wěn)定時的開環(huán)增益SS312021220K122020K10SS01220K122020K 020K 0由0 K 12得到系統(tǒng)穩(wěn)定范圍：122020K 0

6、K 由得到系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時：由122020K 0K 得到系統(tǒng)不穩(wěn)定范圍將K R代入上式得到：R41.7KR 41.7KR 41.7K系統(tǒng)穩(wěn)定系統(tǒng)臨界穩(wěn)定系統(tǒng)不穩(wěn)定 圖2-6C 系統(tǒng)不穩(wěn)定時輸出波形圖 3-6A圖 3-6B圖 3-6C系統(tǒng)穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和不穩(wěn)定時輸出波形如圖3-6A,3-6B,3-6C所示。四 實驗設(shè)備與器件1)2)3)4)萬用表1 塊西安唐都科教儀器公司TDN-AC/ACS+系統(tǒng)一套；計算機(jī)一臺；短路塊，連線，探頭若干。五 儀器簡介萬用表具有用途多，量程廣，使用方便等優(yōu)點，是電子測量中最常用的工具。它可以用來測量電阻，交直流電壓和直流電壓。有的萬用表還可以測量晶體管的主要參數(shù)及電

7、容器的電容量等。掌握萬用表的使用方是電子技術(shù)的一項基本技能。萬用表的使用的注意事項：（1機(jī)械調(diào)零，即在沒有被測電量時，使萬用表指針指在零電壓或零電流的位置上。（2）在使用萬用表過程中，不能用手去接觸表筆的金屬部分，這樣一方面可以保證測量的準(zhǔn)確，另一方面也可以保證人身安全。（3）在測量某一電量時，不能在測量的同時換檔，尤其是在測量高電壓或大電流時，更應(yīng)注意。否則，會使萬用表毀壞。如需換擋，應(yīng)先斷開表筆，換擋后再去測量。（4）萬用表在使用時，必須水平放置，以免造成誤差。同時，還要注意到避免外界磁場對萬用表的影響。（5）萬用表使用完畢，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交流電壓的最大擋。如果長期不使用 ，還應(yīng)將萬用表

8、內(nèi)部的電池取出來，以免電池腐蝕表內(nèi)其它器件。使用萬用表的歐姆擋時，須注意：1、選擇合適的倍率。在歐姆表測量電阻時，應(yīng)選適當(dāng)?shù)谋堵?，使指針指示在中值附近。最好不使用刻度左邊三分之一的部分，這部分刻度密集很差。2、使用前要調(diào)零。3、不能帶電測量。4、被測電阻不能有并聯(lián)支路。5、測量晶體管、電解電容等有極性元件的等效電阻時，必須注意兩支筆的極性。6、用萬用表不同倍率的歐姆擋測量非線性元件的等效電阻時，測出電阻值是不相同的。這是由于各擋位的中值電阻和滿度電流各不相同所造成的，機(jī)械表中，一般倍率越小，測出的阻值越小。六 實驗內(nèi)容與步驟1準(zhǔn)備從 5V 電源接到階躍信號單元（過程見實驗1 第六部分第2 試系

9、統(tǒng)的輸入。2典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測試。(1)按圖 3-3 接線，R=10K(2)用示波器觀察系統(tǒng)階躍響應(yīng) C(t)并記錄波形，測量并記錄超調(diào)量 Mp，峰值時間 tp 和調(diào)節(jié)時間 ts。記錄表 3-2 中。(3)分別按 R=20K40K100K改變系統(tǒng)開環(huán)增益，觀察相應(yīng)的階躍響應(yīng)C(t)，測量并記錄性能指標(biāo)M ，p， ，及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并將測量值和計算值（實驗前必須按公式計算出）進(jìn)行比較。參數(shù)取值及響應(yīng)ttps曲線，詳見表 3-2。3典型三階系統(tǒng)的性能（1）按圖 3-5 接線，R=10K；（2）觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并記錄波形。（3）減少開環(huán)增益（使R 從 R=20K到100K 范圍變化）使

10、輸出波形出現(xiàn)等幅振蕩，并記錄此時的電阻值。觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并記錄波形。（4）R=100K，觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，測量并計錄超調(diào)量 Mp，峰值時間 tp 和調(diào)節(jié)時間ts，并記錄波形。七 實驗報告要求實驗前按給定參數(shù)算出二階系統(tǒng)（1）和（2）的性能指標(biāo) ，tp， ts 的理論值，寫出推導(dǎo)過程。實驗觀測記錄，并填寫表 3-2、表3-3。實驗結(jié)果分析，體會和建議。表 3-2RK) 過 阻尼 響應(yīng)臨界狀態(tài)時（即 ts=/Wn表 3-3（ ）K不穩(wěn)定（發(fā)散）振蕩）穩(wěn)定（衰減振蕩）臨界穩(wěn)定時，計算的理想 R=（ K=八 選作實驗根據(jù) TDN-AC/ACS+系統(tǒng)布局圖自行選擇參數(shù)設(shè)計一個三階系統(tǒng)，計算理論參數(shù)，并記錄實際測量結(jié)果，繪制實際波形。九 預(yù)習(xí)要求1)實驗前按給定參數(shù)算出二階系統(tǒng)（1）和（2）的性能指標(biāo) ，tp， ts 的理論值。2)計算三階系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時，R、K 的值。十 思考題1)在實驗線路中如何確保系統(tǒng)實現(xiàn)負(fù)反饋？如果反饋回路中有偶數(shù)個運算放大器，則構(gòu)成什么反