二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程名稱：控制理論乙指導(dǎo)老師：成績：實(shí)驗(yàn)名稱：二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)類型：同組學(xué)生姓名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.誰二階模擬系統(tǒng)的組成2.研究二階系統(tǒng)分別工作在1、01、1三種狀態(tài)下的單位階躍響應(yīng)精品文檔放心下載3.分析增益K對二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量 、峰值時(shí)間tp和調(diào)整時(shí)間ts謝謝閱讀P研究系統(tǒng)在不同K值對斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理感謝閱讀實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路圖如下圖所示：上圖為二階系統(tǒng)的模擬電路圖，它是由三部分組成。其中，R1、R2和C1以及第一個(gè)運(yùn)放共同組成一個(gè)謝謝閱讀**慣性環(huán)節(jié)發(fā)生器，R3、C2與第二個(gè)運(yùn)放共同組成了一個(gè)積分環(huán)節(jié)發(fā)生器，R0與第三個(gè)運(yùn)放組合了一個(gè)反感謝閱讀相發(fā)生器。所有的運(yùn)放正輸入端都接地，負(fù)輸入端均與該部分電路的輸入信號相連，并且輸入和輸出之間精品文檔放心下載通過元件組成了各種負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。最后由最終端的輸出與最初端的輸入通過一個(gè)反相器相連，構(gòu)成了感謝閱讀整體電路上的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。慣性函數(shù)傳遞函數(shù)為：R/CsZR2R1KG(s)1/Cs22R21ZRRCs1Ts111121比例函數(shù)的傳遞函數(shù)為1G(s)Z2C2s112ZRRCsTs13322反相器的傳遞函數(shù)為G(s)ZR1203ZR10電路的開環(huán)傳遞函數(shù)為H(s)G(s)G(s)K1K12Ts1TsTTs2Ts12122電路總傳遞函數(shù)為KKTTK212n122s2TsTTnn112其中KR、TRC、TRC、K、T2TT2R121232n4TK1121實(shí)驗(yàn)要求讓T1=0.2s，T2=0.5s，則通過計(jì)算我們可以得出感謝閱讀**10K、0.625nK調(diào)整開環(huán)增益K值，不急你能改變系統(tǒng)無阻尼自然振蕩平率的值，還可以得到過阻尼、臨界阻尼好欠阻尼感謝閱讀三種情況下的階躍響應(yīng)曲線。（1）當(dāng)K>0.625時(shí)，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)滿足謝謝閱讀01單位階躍響應(yīng)表達(dá)式為：u(t)11entsin(ttan112)12ad其中，12dn圖像為：（2）當(dāng)K=0.625時(shí)，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)滿足精品文檔放心下載1單位階躍響應(yīng)表達(dá)式為：u(t)1(1t)entan圖像為：**（3）當(dāng)K<0.625時(shí)，系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)滿足精品文檔放心下載1單位節(jié)約響應(yīng)表達(dá)式為：u(t)1(estest)ns21a221s21其中，s21、s211nn2nn圖像為：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）根據(jù)電路圖所示，調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，是系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為精品文檔放心下載KG(s)0.5s(0.2s1)（2）令輸入等于1V的階躍函數(shù)電壓，在示波器上觀察不同K（K=10、K=5、K=2、K=0.5）時(shí)候的單感謝閱讀位階躍響應(yīng)的波形，并由實(shí)驗(yàn)求得相應(yīng)的超調(diào)量、峰值時(shí)間和調(diào)整時(shí)間精品文檔放心下載（3）調(diào)節(jié)開環(huán)增益，使二階系統(tǒng)的阻尼比為1/ 20.707，觀察并記錄此時(shí)的單位階躍響應(yīng)波形和精品文檔放心下載超調(diào)量、峰值時(shí)間和調(diào)整時(shí)間的值三、主要儀器設(shè)備1．控制理論電子模擬實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2．超低頻慢掃描示波器一臺(tái)3．萬用表一只四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟1.按照電路圖，在控制理論實(shí)驗(yàn)箱上連接好實(shí)物圖2.由實(shí)驗(yàn)原理給定的公式和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容給定的參數(shù)，算出我們的參數(shù)值感謝閱讀KRRRn01210100.2501M100k1M57.0710.3541M200k1M24.4720.5591M500k1M0.52.2361.1181M2M1M1.253.5350.7071M3.在控制理論實(shí)驗(yàn)箱上的階躍函數(shù)電源中，按下按鈕，形成階躍輸入。謝謝閱讀

**R C C3 1 24.在示波器上，測量并記錄實(shí)驗(yàn)所得波形，測量波形圖中的超調(diào)量、峰值時(shí)間和調(diào)整時(shí)間精品文檔放心下載五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理1.K=10**2.K=5**3.K=24.K=0.5**5.K=1.25六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（1）誤差計(jì)算根據(jù)公式推算實(shí)驗(yàn)的理論值為：K

p tp ts**100.4441.2000.32450.3041.1980.47520.1201.2000.8470.5///1.250.0431.2001.257通過實(shí)驗(yàn)實(shí)際測得的數(shù)據(jù)值為：Kttpps100.4561.120.34450.3361.240.48020.1201.300.9000.5///1.250.0641.321.36誤差值為：Kttpps102.7%6.7%6.2%510.5%3.5%1.1%20.0%8.3%6.3%0.5///1.2548.8%10.0%8.2$2.誤差分析（1）運(yùn)算放大器并非理想放大器，在負(fù)反饋調(diào)節(jié)時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生誤差。精品文檔放心下載（2）肉眼測量示波器差生的誤差。**（3）電阻值與電容值的實(shí)際值與標(biāo)注的值不同，會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。謝謝閱讀（4）示波器光標(biāo)測值時(shí)，只能移動(dòng)整位，對減小誤差起到了負(fù)面作用。精品文檔放心下載（5）波形不是很連貫，有小格狀的曲線讓實(shí)驗(yàn)者會(huì)出現(xiàn)很大的觀察誤差。精品文檔放心下載3.思考題（1）如果階躍輸入信號的幅值過大，會(huì)在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生什么后果？精品文檔放心下載如果輸入信號的幅值過大，衰減率會(huì)很小，超調(diào)量會(huì)很大，衰減速度很小，導(dǎo)致響應(yīng)過程很餓滿，最中國謝謝閱讀所需要的響應(yīng)時(shí)間很長。（2）在電子模擬系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋和單位負(fù)反饋？謝謝閱讀首先，反饋是建立在閉環(huán)系統(tǒng)上的，控制量Ui通過兩個(gè)運(yùn)算放大器，輸出被調(diào)量Uo，當(dāng)被調(diào)量Uo偏離感謝閱讀給定值Ui時(shí)，偏離量通過閉合回路反饋給控制量Ui，控制作用的方向與被調(diào)量的變化方向相反，繼續(xù)通感謝閱讀過兩個(gè)運(yùn)算放大器，不斷校正被調(diào)量，這樣就額可以實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋，當(dāng)反饋通道傳遞函數(shù)為1時(shí)，便是單位感謝閱讀負(fù)反饋。（3）為什么本實(shí)驗(yàn)的模擬系統(tǒng)要用三個(gè)運(yùn)算放大器？電路圖中有一個(gè)積分器，只要對象的被調(diào)量不等于給定值，執(zhí)行器就會(huì)不停的工作，只有當(dāng)偏差等于零的謝謝閱讀時(shí)候，調(diào)節(jié)過程才算是結(jié)束。因此，積分調(diào)節(jié)又叫做無差調(diào)節(jié)器，不僅可以消除誤差，還可以消除死區(qū)。謝謝閱讀七、討論、心得1.調(diào)整開環(huán)傳遞值K，會(huì)影響到電路中振蕩的類型和振蕩的程度。感謝閱讀2.當(dāng)電路中出現(xiàn)欠阻尼振蕩時(shí)，調(diào)整K值，使阻尼因數(shù)變小時(shí)，波形振蕩的幅度增強(qiáng)，波形振蕩的次數(shù)謝謝閱讀也會(huì)變多；當(dāng)阻尼因數(shù)變大時(shí)，波形振蕩的幅度減弱，波形振蕩的次數(shù)減小。精品文檔放心下載3.當(dāng)電路中出現(xiàn)過阻尼振蕩時(shí)，電路不會(huì)出現(xiàn)超調(diào)量和峰值時(shí)間，調(diào)整時(shí)間的實(shí)驗(yàn)值與理論值相差較大。謝謝閱讀并且當(dāng)阻尼因數(shù)變大時(shí)，波形上升時(shí)間會(huì)變快，波形的指數(shù)性質(zhì)減弱；當(dāng)阻尼因數(shù)變小時(shí)，波形的上感謝閱讀升時(shí)間變慢，波形的指數(shù)性質(zhì)增強(qiáng)。**4.最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的誤差很大，一部分原因是因?yàn)槿藶闇y量誤差較大，導(dǎo)致誤差偏差較大；另一部分原精品文檔放心下載因是因?yàn)榇藭r(shí)波形振蕩較小，接近于示波器的最小分度值，所以示波器光標(biāo)測量會(huì)導(dǎo)致很大的誤差。謝謝閱讀5.相比較而言，欠阻尼系統(tǒng)隨著阻尼因數(shù)的較小，超調(diào)量也不斷增大，振蕩次數(shù)也不斷早呢更加，具有較謝謝閱讀強(qiáng)的不穩(wěn)定性，但是波形上升速度較快；臨界阻尼和過阻尼系統(tǒng)沒有超調(diào)量的增加，沒有阻尼振蕩現(xiàn)象。感謝閱讀但是隨著阻尼因數(shù)的增大，電壓上升速度越來越慢。所以在工程上，人們往往要尋求一種不超過額定振蕩精品文檔放心下載幅度的欠阻尼系統(tǒng)。6.當(dāng)開環(huán)傳遞值K變化時(shí)，欠阻尼系統(tǒng)中的調(diào)整時(shí)間ts基本沒有發(fā)生變化，穩(wěn)定在1.2s左右，說明調(diào)整精品文檔放心下載時(shí)間ts與開環(huán)傳遞函數(shù)K沒有太大關(guān)系，而猜測ts與T1、T2有較大關(guān)系。感謝閱讀7.在調(diào)整開環(huán)傳遞函數(shù)K值時(shí)，一定要注意，與K值相關(guān)的R3、R2的值同時(shí)也與T1、T2