高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析

1、暨南大學本科實驗報告專用紙課程名稱 自動控制原理 成績評定 實驗項目名稱高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析 指導教師 實驗項目編號 0806105702 實驗項目類型 驗證 實驗地點 學生姓名 學號 學院 系 專業(yè) 實驗時間 2012年 5 月 15 日 下午 溫度 濕度 一、實驗?zāi)康?通過實驗，進一步理解線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性僅取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，它與外作用及初始條件均無關(guān)的特性；2研究系統(tǒng)的開環(huán)增益K或其它參數(shù)的變化對閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。3通過本實驗，理解系統(tǒng)的跟蹤誤差與其結(jié)構(gòu)、參數(shù)與輸入信號的形式、幅值大小之間的關(guān)系；4研究系統(tǒng)的開環(huán)增益K對穩(wěn)態(tài)誤差的影響。 二、實驗環(huán)境1THBDC-1

2、型 控制理論·計算機控制技術(shù)實驗平臺；2PC機一臺(含“THBDC-1”軟件)、USB數(shù)據(jù)采集卡、37針通信線1根、16芯數(shù)據(jù)排線、USB接口線。三、實驗報告要求1畫出三階系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)的實驗電路，并寫出其閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)。2根據(jù)測得的系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，分析開環(huán)增益對系統(tǒng)動態(tài)特性及穩(wěn)定性的影響。3. 畫出型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統(tǒng)在單位階躍和單位斜坡信號輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差。 四、實驗內(nèi)容及分析1觀測三階系統(tǒng)的開環(huán)增益K為不同數(shù)值時的階躍響應(yīng)曲線第一步: 畫出三階系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)的實驗電路，并寫出其閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)。三階系統(tǒng)線性

3、定常系統(tǒng)的實驗電路如圖1所示：圖1 三階系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)的實驗電路其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：其中，（其中待定電阻的單位為），改變的阻值，可改變系統(tǒng)的放大系數(shù)。第二步: 根據(jù)測得的系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，分析開環(huán)增益對系統(tǒng)動態(tài)特性及穩(wěn)定性的影響。（1）、當電路中的取時，三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖2所示：圖2 時三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)由圖2可知，此時三階系統(tǒng)不穩(wěn)定（2）、當電路中的取時，三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖3所示：圖3 時三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)由圖3可知，此時三階系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。（3）、當電路中的取時，三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖4所示：圖4 時三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)由圖4可知，此時三

4、階系統(tǒng)穩(wěn)定。綜合圖2、圖3和圖4可知，系統(tǒng)的開環(huán)增益會影響閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越差；越小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好。2觀測I型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和單位斜坡響應(yīng)，并實測它們的穩(wěn)態(tài)誤差； 第一步: 畫出型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖I型二階系統(tǒng)的方框圖如圖5所示：圖5 I型二階系統(tǒng)的方框圖I型二階系統(tǒng)的模擬電路圖如圖6所示：圖6 I型二階系統(tǒng)的模擬電路圖第二步: 測量得系統(tǒng)在單位階躍和單位斜坡信號輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差。（1）、當輸入為單位階躍信號時，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如圖7所示：圖7 系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)（2）、當輸入為單位斜坡信號時，系統(tǒng)的響應(yīng)如圖8所示：圖8 單位斜坡信號的響應(yīng)四、實驗小結(jié)（1）、線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性與外界作用和初始條件都無關(guān)，僅取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。（2）、系統(tǒng)的開環(huán)增益會影響閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，越大，系統(tǒng)的