實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與穩(wěn)定性分析

,.自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與穩(wěn)定性分析班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：,.實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與穩(wěn)定性分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握二階系統(tǒng)的電路模擬方法及其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測試技術(shù)過阻尼、臨界阻尼、欠阻尼感謝閱讀狀態(tài)2、分析二階系統(tǒng)特征參量（，）對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響；精品文檔放心下載n3、分析系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，加深理解“線性系統(tǒng)穩(wěn)定性至于其結(jié)構(gòu)和參數(shù)精品文檔放心下載有關(guān)，與外作用無關(guān)”的性質(zhì)；4、了解掌握典型三階系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)、臨界穩(wěn)定、不穩(wěn)定狀態(tài)；精品文檔放心下載5、學(xué)習(xí)二階控制系統(tǒng)及其階躍響應(yīng)的Matlab仿真和simulink實(shí)現(xiàn)方法。謝謝閱讀二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、構(gòu)成各二階控制系統(tǒng)模擬電路，計(jì)算傳遞函數(shù)，明確各參數(shù)物理意義。感謝閱讀2、用Matlab和simulink仿真，分析其階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)性能，得出性能指標(biāo)。感謝閱讀3、搭建典型二階系統(tǒng)，觀測各個(gè)參數(shù)下的階躍響應(yīng)曲線，并記錄階躍響應(yīng)曲線的超調(diào)量感謝閱讀%、峰值時(shí)間tp以及調(diào)節(jié)時(shí)間ts，研究其參數(shù)變化對典型二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響；謝謝閱讀4、搭建典型三階系統(tǒng)，觀測各個(gè)參數(shù)下的階躍響應(yīng)曲線，并記錄階躍響應(yīng)曲線的超調(diào)量精品文檔放心下載%、峰值時(shí)間tp以及調(diào)節(jié)時(shí)間ts，研究其參數(shù)變化對典型三階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響；感謝閱讀5、將軟件仿真結(jié)果與模擬電路觀測的結(jié)果做比較。三、實(shí)驗(yàn)步驟,.1、二階系統(tǒng)的模擬電路實(shí)現(xiàn)原理將二階系統(tǒng)：2G(s)s22nns2n可分解為一個(gè)比例環(huán)節(jié)，一個(gè)慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)積分環(huán)節(jié)謝謝閱讀G(s)U0(s)R(RRU(s)iR136RRR3CCR245112RRR3CCRC

RRR236CCs2)RRRCsRRR2451245122sss22ns2 2 n n2 4 5 1 2 6 22、研究特征參量對二階系統(tǒng)性能的影響將二階系統(tǒng)固有頻率n12.5保持不變，測試阻尼系數(shù)不同時(shí)系統(tǒng)的特性，搭建模擬電路，改變電阻R6可改變的值感謝閱讀當(dāng)R6=50K時(shí)，二階系統(tǒng)阻尼系數(shù)=0.8當(dāng)R6=100K時(shí)，二階系統(tǒng)阻尼系數(shù)=0.4謝謝閱讀當(dāng)R6=200K時(shí)，二階系統(tǒng)阻尼系數(shù)=0.2謝謝閱讀（1）用Matlab軟件仿真實(shí)現(xiàn)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，計(jì)算超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp以及調(diào)感謝閱讀節(jié)時(shí)間ts。當(dāng)n12.5，0.8時(shí)：clear,.g=tf(12.5^2,[125*0.8 12.5^2]),謝謝閱讀step(g)Transferfunction:156.3-------------------s^2+200s+156.31.4StepResponse1.2System:gSystem:gTime(sec):0.333Time(sec):0.409Amplitude:1.02Amplitude:11System:ge0.8Time(sec):0.271Amplitude:0.95uSystem:giTime(sec):0.12m0.6AAmplitude:0.50.40.200.10.20.30.40.50.60.70Time(sec)超調(diào)量：%=2%；峰值時(shí)間：tp=0.409s調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=0.271s當(dāng)0.4時(shí),.g=tf(12.5^2,[125*0.4 12.5^2]),謝謝閱讀step(g)Transferfunction:156.3------------------s^2+10s+156.3StepResponse1.4System:1.2gSystem:gSystem:gTime(sec):0.174Time(sec):0.254Amplitude:1Time(sec):0.608Amplitude:1.251Amplitude:0.95e0.8duSystem:gTime(sec):0.0988m0.6AAmplitude:0.50.40.200.20.40.60.811.20Time(sec)超調(diào)量：%=25%；峰值時(shí)間：tp=0.254s調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=0.608s0.2時(shí)g=tf(12.5^2,[125*0.2 12.5^2]),謝謝閱讀step(g),.Transferfunction:156.3-----------------s^2+5s+156.31.6System :g1.4Time(sec):0.245Amplitude:1.52System :g 1.2Time(sec):0.144Amplitude:0.9941eduSystem:gmATime(sec):0.09040.6Amplitude:0.50.40.200.50超調(diào)量：%=52%；峰值時(shí)間：tp=0.245s調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=1.1s

StepResponseSystem :gTime(sec):1.1Amplitude:0.951 1.5 2 2.5Time(sec)（2）在自控原理實(shí)驗(yàn)箱中搭建對應(yīng)的二階系統(tǒng)的模擬電路，輸入階躍信號(hào)，觀測不同特征精品文檔放心下載參量下輸出階躍響應(yīng)曲線，并記錄出現(xiàn)超調(diào)量超調(diào)量：%=52%、峰值時(shí)間tp及調(diào)節(jié)感謝閱讀時(shí)間ts3、研究特征參量對二階系統(tǒng)性能的影響n將二階系統(tǒng)特征參量=0.4保持不變，測試固有頻率不同時(shí)系統(tǒng)的特征，搭建模擬電感謝閱讀n,.路，理論計(jì)算結(jié)果如下：當(dāng)R5=256K、R6=200K時(shí)，則該二階系統(tǒng)固有頻率=6.25精品文檔放心下載n當(dāng)R5=64K、R6=100K時(shí)，則該二階系統(tǒng)固有頻率=12.5精品文檔放心下載n當(dāng)R5=16K、R6=50K時(shí)，則該二階系統(tǒng)固有頻率 =25精品文檔放心下載n（1）用Matlab軟件仿真實(shí)現(xiàn)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，計(jì)算超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp以及調(diào)精品文檔放心下載節(jié)時(shí)間ts。當(dāng) 6.25時(shí)ng=tf(6.25^2,[112.5*0.4 6.25^2]),謝謝閱讀step(g)Transferfunction:39.06-----------------s^2+5s+39.06StepResponse1.4System1.2:gSystem:gSystem:gTime(sec):0.347Time(sec):0.509Amplitude:1Time(sec):1.22Amplitude:1.251Amplitude:0.95e0.8duSystem:gTime(sec):0.198A0.6Amplitude:0.50.40.200.511.522.50Time(sec),.超調(diào)量：%=25%；峰值時(shí)間：tp=0.509s調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=1.22s12.5時(shí)，ng=tf(12.5^2,[125*0.4 12.5^2]),謝謝閱讀step(g)Transferfunction:156.3------------------s^2+10s+156.3StepResponse1.4System1.2:gSystem:gSystem:gTime(sec):0.174Time(sec):0.254Amplitude:1Time(sec):0.608Amplitude:1.251Amplitude:0.95e0.8duSystem:gTime(sec):0.09880.6AAmplitude:0.50.40.200.20.40.60.811.20Time(sec)超調(diào)量：%=25%；峰值時(shí)間：tp=0.254s調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=0.608s,.n25g=tf(25^2,[150*0.4 25^2]),精品文檔放心下載step(g)Transferfunction:625----------------s^2+20s+625StepResponse1.4System:1.2gSystem:gSystem:gTime(sec):0.0864Time(sec):0.128Amplitude:0.997Time(sec):0.304Amplitude:1.251Amplitude:0.95e0.8duSystem:gTime(sec):0.0494m0.6AAmplitude:0.50.40.200.10.20.30.40.50.60Time(sec)超調(diào)量：%=25%；峰值時(shí)間：tp=0.128s調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=0.304s,.（2）在自控原理實(shí)驗(yàn)箱中搭建對應(yīng)的二階系統(tǒng)的模擬電路，輸入階躍信號(hào)，觀測不同特征謝謝閱讀參量 下輸出階躍響應(yīng)曲線，并記錄超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp及調(diào)節(jié)時(shí)間ts精品文檔放心下載n4、研究典型三階系統(tǒng)的響應(yīng)曲線與穩(wěn)定性R7=10K，開環(huán)增益K=50，三階系統(tǒng)不穩(wěn)定R7=125/3K，開環(huán)增益K=12，三階系統(tǒng)臨界穩(wěn)定感謝閱讀R7=100K，開環(huán)增益K=5，三階系統(tǒng)穩(wěn)定（1）用Matlab軟件仿真實(shí)現(xiàn)三階系統(tǒng)階躍響應(yīng)，驗(yàn)證其穩(wěn)定性精品文檔放心下載R7=10K，開環(huán)增益K=50g=tf(50,[0.050.6150])step(g)Transferfunction:50---------------------------謝謝閱讀0.05s^3+0.6s^2+s+50精品文檔放心下載,.x106 StepResponse32.521.5e1dut0.5mA0-0.5-1-1.50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Time(sec)R7=125/3K，開環(huán)增益K=12g=tf(12,[0.050.6112]),step(g)Transferfunction:12---------------------------謝謝閱讀0.05s^3+0.6s^2+s+12精品文檔放心下載,.StepResponse21.8System:gTime(sec):0.7771.6Amplitude:1.941.41.2System:gTime(sec):0.432eAmplitude:1du1tmA0.8System:gTime(sec):0.3060.6Amplitude:0.50.40.205101520250Time(sec)R7=100K，開環(huán)增益K=5g=tf(5,[0.050.615]),step(g)Transferfunction:5-------------------------0.05s^3+0.6s^2+s+5感謝閱讀階躍響應(yīng)曲線：,.StepResponse1.6System:g1.4Time(sec):1.15Amplitude:1.57System:gSystem:g1.2Time(sec):5.61Time(sec):0.678Amplitude:1.05Amplitude:11eduSystem:gmATime(sec):0.4540.6Amplitude:0.50.40.20246810120Time(sec)(2)創(chuàng)建simulink仿真模型，分別取階躍輸入函數(shù)、斜坡輸入函數(shù)，驗(yàn)證三階系統(tǒng)穩(wěn)定性能感謝閱讀階躍信號(hào)輸入下：R7=10K，開環(huán)增益K=50仿真系統(tǒng)框圖：,.階躍響應(yīng)曲線：R7=125/3K，開環(huán)增益K=12系統(tǒng)仿真框圖：,.階躍響應(yīng)曲線：R7=100K，開環(huán)增益K=5,.系統(tǒng)仿真框圖：階躍響應(yīng)曲線：斜坡信號(hào)輸入下：,.R7=10K，開環(huán)增益K=50系統(tǒng)仿真框圖：響應(yīng)曲線：,.R7=125/3K，開環(huán)增益K=12系統(tǒng)仿真框圖：,.信號(hào)響應(yīng)曲線：R7=100K，開環(huán)增益K=5系統(tǒng)仿真框圖：,.信號(hào)響應(yīng)曲線：（3）在自控原理實(shí)驗(yàn)箱中搭建對應(yīng)的三階系統(tǒng)的模擬電路，輸入階躍信號(hào)，觀測不同參數(shù)謝謝閱讀,.下輸出階躍響應(yīng)曲線，觀測三界系統(tǒng)處于不穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和穩(wěn)定的三種狀態(tài)時(shí)的波形并記精品文檔放心下載錄，求出穩(wěn)定時(shí)出現(xiàn)的超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp及調(diào)節(jié)時(shí)間ts感謝閱讀四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、討論系統(tǒng)特征參量（，）變化時(shí)對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響精品文檔放心下載n（1）在一定的條件下，隨著減小，超調(diào)量%增大；峰值時(shí)間tp減小，調(diào)節(jié)時(shí)間ts謝謝閱讀n增加，震蕩增強(qiáng)（2）在一定的條件下，隨著增加，超調(diào)量%不變；峰值時(shí)間tp減小，調(diào)節(jié)時(shí)間ts感謝閱讀n減小2、根據(jù)二階系統(tǒng)電路圖中的參數(shù)利用軟件計(jì)算下表的理論值，并與實(shí)測值比較謝謝閱讀超調(diào)量峰值時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間ts二階系統(tǒng)%tp特征參量實(shí)測階躍響應(yīng)曲線理實(shí)理實(shí)理實(shí)值論測論測論測值值值值值值,.0.40.22.50.40.27=02%0971%1ss.8ss0.20.625240.30.65==05408n%%2ss12.5.4ss0.252440.31.11.08=045%%3sss.2s二階系統(tǒng) 超調(diào)量% 峰值時(shí)間tp 調(diào)節(jié)時(shí)間ts謝謝閱讀特征參量 實(shí)測階躍響應(yīng)曲線 理 實(shí)測 理論 實(shí)測 理論 理論精品文檔放心下載值 論 值 值 值 值 值,.=0.4

值n0.5090.541.2225=30%1.22s%sss6.25n21.50.2540.350.6080.5425=%%ssss12.5n22.50.1280.150.3040.2425=%%ssss253根據(jù)三階系統(tǒng)系統(tǒng)電路圖中的參數(shù)利用軟件計(jì)算下表的理論值，并與實(shí)測值比較謝謝閱讀參三階數(shù)系統(tǒng)值狀態(tài)K不穩(wěn)定狀 50態(tài)臨界穩(wěn)定 12狀態(tài)

,.超調(diào) 峰值 調(diào)節(jié)仿真階躍響應(yīng)曲線量時(shí)間時(shí)間% tp tsx106StepResponse32.521.5