二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)

Fx實(shí)驗(yàn)題目 典型系統(tǒng)階躍響應(yīng)姓名：—班級：學(xué)號：—指導(dǎo)老師：同組學(xué)生：時間：2020-2-25一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測試技能。學(xué)習(xí)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的實(shí)驗(yàn)測試方法。ui研究二階系統(tǒng)的兩個重要參數(shù)Z,3n與最大超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時間tS之間的關(guān)系。二、 實(shí)驗(yàn)儀器EL-AT-II型自動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺計算機(jī)一臺三、實(shí)驗(yàn)原理模擬實(shí)驗(yàn)的基本原理：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。域性能指標(biāo)的測量方法：超調(diào)量。%：1） 啟動計算機(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U1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） 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：Tp與Ts：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)值所需的時間值，便可得到Tp與“四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容典型二階系統(tǒng)方塊圖典型二階系統(tǒng)方塊圖?n:無阻尼自然頻率；Z：?n:無阻尼自然頻率；Z：阻尼比.其中￡和叫對系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)有決定的影響。2閉環(huán)傳遞函數(shù)為Y(S) ①2 = n X(S)—S2+2WS+32n◎汗氏心圖2-1二階系統(tǒng)模擬電路圖電路的原理圖如圖2-2：圖2-2二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為I1/T2甲Cs）=U2（s）/U1（s）= 9+（K/T）S+1/T （2）式中T=RC，K=R2/R1。比較（1）、（2）二式，可得叫=1/T=1/RCC=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值可以改變無阻尼自然頻率①。n今取R1=200K，R2=100KQ和200KQ，可得實(shí)驗(yàn)所需的阻尼比。電阻R取100KQ，電容C分別取1|if和0.1|if,可得兩個無阻尼自然頻率叫。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U1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。測試計算機(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)。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。

取叫=10rad/s,即令R=100KQ,C=1^f；分別取￡=0.5、1、2,即取R1=100KQ,R2分別等于100KQ、200KQ、400KQ。輸入階躍信號，測量不同的。時系統(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)時間Ts的數(shù)值和響應(yīng)動態(tài)曲線，并與理論值比較。取￡=0.5。即電阻R2取R1=R2=100KQ；①n=100rad/s,即取R=100KQ，改變電路中的電容C=0.1jf（注意：二個電容值同時改變）。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bp和調(diào)節(jié)時間Tn。取R=100KQ；改變電路中的電容C=1|f,R1=100KQ,調(diào)節(jié)電阻R2=50KQ。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bp的數(shù)值。測量二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)并記入表中六、實(shí)驗(yàn)報告畫出二階系統(tǒng)的模擬電路圖，討論典型二階系統(tǒng)性能指標(biāo)與Z，3n的關(guān)系。延遲時間td：增大無阻尼自然振蕩頻率或減小阻尼比，都可以減少延遲時間。即，當(dāng)阻尼比不變的時候，閉環(huán)極點(diǎn)距離s平面的坐標(biāo)原點(diǎn)越遠(yuǎn)，系統(tǒng)的延遲時間越短：而當(dāng)無阻尼自然頻率不變時，閉環(huán)極點(diǎn)距離s平面的虛軸越近，系統(tǒng)的延遲時間越短。上升時間tr：要減小上升時間，當(dāng)阻尼比一定的時候，需要增大無阻尼自然振蕩頻率叫；當(dāng)叫一定的時候，需要減小￡。C 4

峰值時間tp:和阻尼振蕩頻率成反比。最大超調(diào)量mp：最大超調(diào)量僅和阻尼比有關(guān)系，與無阻尼自然振蕩頻率無關(guān)，隨著阻尼比的增大，最大超調(diào)量單調(diào)的減小調(diào)節(jié)時間ts:調(diào)節(jié)時間和閉環(huán)極點(diǎn)的實(shí)部數(shù)值成反比，數(shù)值越大，時間越短把不同￡和叫條件下測量的Mp和ts值列表，根據(jù)測量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析體會和建議。七、思考題二階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)能否成為振蕩環(huán)節(jié)？為什么？答：不可以，慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)傳遞函數(shù)為T2S2+2-T-S+1化簡得:S2化簡得:S2+2-T+土所以令K=1得:S2+2-T+土那么叫二1/T，￡=1，所以為臨界阻尼狀態(tài)，所以不會為震蕩環(huán)節(jié)。若模擬實(shí)驗(yàn)中Y(t)的穩(wěn)態(tài)值不等與階躍輸入函數(shù)的幅度，其主要原因可能是什么？答：(1)硬件電路與理想存在著一定誤差，運(yùn)算放大器不是理想的測量數(shù)據(jù)的時候存在著一定的誤差電路存在著衰減（4）實(shí)際測量中有能量損耗八、實(shí)驗(yàn)?zāi)M的圖與matlab仿真圖對比（左為實(shí)驗(yàn)圖右為仿真圖）（1）①=10，。=0（2）叫=10，。=0.25

F聿制i 葉物至1 Ik OLJD KJ： COD \L[-L2: 1001「雙苫奇電丘心 TL: (LID 1T2: C.DD |n-T?: 10D(3)"10,。=1.5九、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表參數(shù) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果a%tp(ms)ts(ms)a%tp(ms)ts(ms)R=100KC=1uf①二10,羅0孕0.2542.7261144844.43241400孕1.5實(shí)驗(yàn)結(jié)