自动控制原理实验典型系统的时域响应和稳定性分析

电子科技大学中山学院学生实验报告

系别： 机电工程学院 专业： 课程名称：自动控制原理实验

班级： 姓名： 学 号： 组别： 实验名称：典型系统的时域响应和稳定性分析 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间： .

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一、目的要求 1．研究二阶系统的特征参量 (ξ、ωn) 对过渡过程的影响。 2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。 3．熟悉 Routh 判据，用 Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。 二、实验设备 PC机一台，TD—ACC教学实验系统一套 三、实验原理及内容 1．典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：如图 1.2-1 所示。 图1.2-2

(2) 对应的模拟电路图：如图 1.2-2 所示。 图1.2-2 电子科技大学中山学院学生实验报告

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学生成绩： 教师签名： 批改时间： (3) 理论分析 系统开环传递函数为： ；开环增益：(4) 实验内容 先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻 R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中， 观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图 1.2-2)， 系统闭环传递函数为： 其中自然振荡角频率： 2．典型的三阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：如图 1.2-3 所示。 电子科技大学中山学院学生实验报告

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实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间： 图 1.2-3 (2) 模拟电路图：如图 1.2-4 所示。 图 1.2-4 (3) 理论分析： 系统的特征方程为: (4) 实验内容： 实验前由 Routh 判断得 Routh 行列式为： 电子科技大学中山学院学生实验报告

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班级： 姓名： 学 号： 组别： 实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间： 为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有 五、实验步骤 1．将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均 设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频 电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为 1V，周期为 10s 左右。 2. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试 (1) 按模拟电路图 1.2-2 接线，将 1 中的方波信号接至输入端，取 R = 10K。 (2) 用示波器观察系统响应曲线 C(t)，测量并记录超调 MP、峰值时间 tp和调节时间 tS。 (3) 分别按 R = 50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线 C(t)，测量并记录 性能指标 MP、tp和 ts，及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较 (实验前必须按公式计 算出)。将实验结果填入表中。表 1.2-1 中已填入了一组参考测量值，供参照。 电子科技大学中山学院学生实验报告

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班级： 姓名： 学 号： 组别： 实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间： 3．典型三阶系统的性能 (1) 按图 1.2-4 接线，将 1 中的方波信号接至输入端，取 R = 30K。 (2) 观察系统的响应曲线，并记录波形。 (3) 减小开环增益 (R = 41.7K；100K)，观察响应曲线，并将实验结果填入表中。表 1.2-2 中已填入了一组参考测量值，供参照。 表 1.2-1 电子科技大学中山学院学生实验报告

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班级： 姓名： 学 号： 组别： 实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间： 表 1.2-2 六、实验数据处理 1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试 模拟电路图： ① 取R=10K 电子科技大学中山学院学生实验报告

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班级： 姓名： 学 号： 组别： 实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间： ② 取R=20K .

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③ 取R=50K 电子科技大学中山学院学生实验报告

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学生成绩： 教师签名： 批改时间： ④ 取R=100K 电子科技大学中山学院学生实验报告

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实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间： 2. 典型三阶系统的性能 模拟电路图 ① 取R=41.7K 电子科技大学中山学院学生实验报告

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班级： 姓名： 学 号： 组别： 实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间： ② 取R=100K R(K) 开环增益K 稳定性 七、实验结果分析 1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试 由曲线图可知，随着电阻R的增大，超调量Mp越来越小，到达峰值的时间tp越来越短，其 调节时间与电阻R无关。 2. 典型三阶系统的性能 当R41.7即K12时，系统不稳定发散；当R41.7即K12时，系统临界稳定等幅振荡；当R41.7即0K12时，系统稳定衰减收敛。 由曲线图可知，当R41.7时，系统处于衰减收敛，理论应当处于系统临界稳定等幅振荡。由于电阻有误差，使得测量值比理论值小。在误差允许的范围内，可视为等幅振荡。 电子科技大学中山学院学生实验报告

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