自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 典型系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析

1、電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：典型系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：一、目的要求1研究二階系統(tǒng)的特征參量 (、n) 對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響。2研究二階對(duì)象的三種阻尼比下的響應(yīng)曲線(xiàn)及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3熟悉 Routh 判據(jù)，用 Routh 判據(jù)對(duì)三階系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PC機(jī)一臺(tái)，TDACC教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套3、 實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容1典型的二階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析(1) 結(jié)構(gòu)框圖：如圖 1.2-1 所示。 圖1.2-2(2) 對(duì)應(yīng)的模擬電路圖：如圖 1.2-2

2、所示。 圖1.2-2電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：(3) 理論分析系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：；開(kāi)環(huán)增益：(4) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容先算出臨界阻尼、欠阻尼、過(guò)阻尼時(shí)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(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)定性，應(yīng)與理論分析基本吻合。在此實(shí)驗(yàn)中(圖 1.2-2)，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：其中自然振蕩角頻率：2典型的三階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析(1) 結(jié)構(gòu)框圖：如圖 1.2-3 所示。電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課

3、程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：圖 1.2-3(2) 模擬電路圖：如圖 1.2-4 所示。圖 1.2-4(3) 理論分析： 系統(tǒng)的特征方程為:(4) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 實(shí)驗(yàn)前由 Routh 判斷得 Routh 行列式為：電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，第一列各值應(yīng)為正數(shù)，所以有五、實(shí)驗(yàn)步驟1將信號(hào)源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于

4、每個(gè)運(yùn)放單元均設(shè)臵了鎖零場(chǎng)效應(yīng)管，所以運(yùn)放具有鎖零功能。將開(kāi)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”端輸出的方波幅值為 1V，周期為 10s 左右。2. 典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試(1) 按模擬電路圖 1.2-2 接線(xiàn)，將 1 中的方波信號(hào)接至輸入端，取 R = 10K。(2) 用示波器觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線(xiàn) C(t)，測(cè)量并記錄超調(diào) MP、峰值時(shí)間 tp和調(diào)節(jié)時(shí)間 tS。(3) 分別按 R = 50K；160K；200K；改變系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益，觀察響應(yīng)曲線(xiàn) C(t)，測(cè)量并記錄性能指標(biāo) MP、tp和 ts，及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并將測(cè)量值和計(jì)算值進(jìn)行比較 (實(shí)驗(yàn)前必須按公式計(jì)算出)。將

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表中。表 1.2-1 中已填入了一組參考測(cè)量值，供參照。電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：3典型三階系統(tǒng)的性能(1) 按圖 1.2-4 接線(xiàn)，將 1 中的方波信號(hào)接至輸入端，取 R = 30K。(2) 觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線(xiàn)，并記錄波形。(3) 減小開(kāi)環(huán)增益 (R = 41.7K；100K)，觀察響應(yīng)曲線(xiàn)，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表中。表 1.2-2 中已填入了一組參考測(cè)量值，供參照。表 1.2-1 電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)

6、院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：表 1.2-2六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1. 典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試模擬電路圖：1 取R=10K電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：2 取R=20K

7、電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：3 取R=50K電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：4 取R=100K電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：2. 典型三階系統(tǒng)的性能模

8、擬電路圖1 取R=41.7K電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：2 取R=100KR()開(kāi)環(huán)增益K穩(wěn)定性七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1. 典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試由曲線(xiàn)圖可知，隨著電阻R的增大，超調(diào)量Mp越來(lái)越小，到達(dá)峰值的時(shí)間tp越來(lái)越短，其調(diào)節(jié)時(shí)間與電阻R無(wú)關(guān)。2. 典型三階系統(tǒng)的性能當(dāng)即時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定發(fā)散；當(dāng)即時(shí)，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定等幅振蕩；當(dāng)即時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定衰減收斂。由曲線(xiàn)圖可知，當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)處于衰減收斂，理論應(yīng)當(dāng)處于系統(tǒng)臨界穩(wěn)定等幅振蕩。由于電阻有誤差，使得測(cè)量值比理論值小。在誤差允許的范圍內(nèi)，可視為等幅振蕩。電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 班級(jí)： 姓名： 學(xué) 號(hào)： 組別：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 學(xué)生成績(jī)： 教師簽名： 批改時(shí)間：八、思考題1. 在實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路中如何確保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋？由于實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用的運(yùn)算放大器都是反向放大器，因此其本身的反饋即為負(fù)反饋，在實(shí)驗(yàn)中只要保證有奇數(shù)個(gè)反向放大器就可以保證系統(tǒng)為負(fù)反饋；如果實(shí)驗(yàn)中又偶數(shù)個(gè)運(yùn)算放大器，那么系統(tǒng)將構(gòu)成正反饋。 2. 實(shí)驗(yàn)中的