哈工大自控實驗二—典型環(huán)節(jié)時域響應(yīng)與穩(wěn)定性分析

1、Harbin Institute of Technologyb/;/ 自動控制理論實驗報告院系： 電氣工程及自動化學院 班級： 姓名： 學號： 實驗名稱：典型環(huán)節(jié)的時域響應(yīng) 和穩(wěn)定性分析 同組人： 實驗時間： 2015年10月29日 哈爾濱工業(yè)大學2015年實驗二 典型環(huán)節(jié)的時域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析一、實驗?zāi)康?、研究二階系統(tǒng)的特征參量（）對過渡過程的影響。2、研究二階對象的三種阻尼比下的響應(yīng)曲線及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3、熟悉Routh判據(jù)，用Routh判據(jù)對三階系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析。二、實驗設(shè)備Pc機一臺，TD-ACC+教學實驗系統(tǒng)一套3、 實驗原理及內(nèi)容1、 典型二階系統(tǒng)（1） 結(jié)構(gòu)框圖（2） 模擬電

2、路圖（3） 理論分析系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：系統(tǒng)的開環(huán)增益： （4） 實驗內(nèi)容 先算出臨界阻尼、欠阻尼、過阻尼時電阻R的理論值，再將理論值應(yīng)用于模擬電路中，觀察二階系統(tǒng)的動態(tài)性能及穩(wěn)定性，與理論分析值比較。當 ， ， ， 時系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)標準式為：二式比較得： ， ，當R=10k時： 0 1 當R=20k時： 0 1當R=40k時： 當R=100k時： 1 2、 典型的三階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（1） 結(jié)構(gòu)框圖（2） 模擬電路圖（3） 理論分析系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的特征方程為（4） 實驗內(nèi)容實驗前由Routh判據(jù)得Routh行列式為： 1 20 12 2

3、0 K （20-5K/3） 0 20 K 0為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，第一列各值應(yīng)為正數(shù)，所以有：得： 0 12 R 41.7 系統(tǒng)穩(wěn)定 = 12 R = 41.7K 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定 12 R 41.7k 系統(tǒng)不穩(wěn)定 其中：系統(tǒng)穩(wěn)定（衰減振蕩 ） 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定（等幅振蕩） 系統(tǒng)不穩(wěn)定（系統(tǒng)發(fā)散蕩） 四、實驗步驟及要求1、按圖典型二階環(huán)節(jié)的模擬電路圖將線連接好。檢查無誤后開啟設(shè)備電源。2、將信號源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”。將信號形式開關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“OUT”端輸入的方波幅值小于5V，周期為10s左右。3、典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)1）按二階系統(tǒng)模擬電路圖接

4、線，將步驟1中的方波信號接至輸入端2）取R=10k，用示波器觀察二階系統(tǒng)響應(yīng)曲線C（t），測量并記錄性能指標、及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并將測量值和理論計算值進行比較。4、典型三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性1）按三階系統(tǒng)模擬電路圖接好線，將步驟1中的方波信號接至輸入端。2）改變R值，觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線，使之系統(tǒng)穩(wěn)定（衰減振蕩）、系統(tǒng)臨界穩(wěn)定（等幅振蕩）、系統(tǒng)不穩(wěn)定（發(fā)散振蕩），分別記錄與之對應(yīng)的電阻R值。并將測量值和理論計算值進行比較。5、 數(shù)據(jù)處理及實驗結(jié)果分析5.1 二階振蕩系統(tǒng)1、 實驗結(jié)果如圖5-1圖5-5所示。從圖5-1可以看出，當時，從圖5-2可以看出。從圖5-3可以看出，當時，從圖5-4可以看出，當時，不

5、存在，。從圖5-5可以看出，當時，、不存在，。5-1 二階振蕩系統(tǒng)實驗5-2 二階振蕩系統(tǒng)實驗5-3 二階振蕩系統(tǒng)實驗5-4 二階振蕩系統(tǒng)實驗5-5 二階振蕩系統(tǒng)實驗2、 不同阻尼比時性能指標、的計算 （1）當時，為欠阻尼狀態(tài)，。以上計算值均與測量值基本相符。 （2）當時，為欠阻尼狀態(tài)，8。以上計算值均與測量值基本相符。 （3）當時，為臨界振蕩狀態(tài)，不存在。 （4）當時，為過阻尼狀態(tài)，不存在。5.2 三階振蕩系統(tǒng)的穩(wěn)定性1、 實驗結(jié)果如圖5-6,5-7和5-8所示。從圖5-6可看出，此時系統(tǒng)為不穩(wěn)定狀態(tài)，測得R=20.0k。從圖5-7可看出，此時系統(tǒng)為臨界穩(wěn)定狀態(tài)，測得R=29.0k。從圖5-8可看出，此時系統(tǒng)為穩(wěn)定狀態(tài)，測得R=34.7k。圖5-6 三階振蕩系統(tǒng)的穩(wěn)定性實驗圖5-7 三階振蕩系統(tǒng)的穩(wěn)定性實驗圖5-8 三階振蕩系統(tǒng)的穩(wěn)定性實驗2、理論分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件由Routh判據(jù)可得：