实验报告2--二阶系统瞬态响应和稳定性.docVIP

南昌大学实验报告 学生姓名： 学 号： 专业班级：电力系统 实验类型：■ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩： 一、实验项目名称：二阶系统瞬态响应和稳定性 二、实验要求 了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型二阶闭环系统的传递函数标准式。 研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn、阻尼比ξ对过渡过程的影响。 掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts的计算。 观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts值，并与理论计算值作比对。 三、主要仪器设备及耗材 1．计算机一台（Windows XP操作系统） 2．AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套 3．LabACT6_08软件一套 四、实验内容和步骤 有二阶闭环系统模拟电路如图3-1-7所示。它由积分环节（A2）和惯性环节（A3）构成。 图3-1-8的二阶系统模拟电路的各环节参数及系统的传递函数：?积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=1S??? 惯性环节（A3单元）的惯性时间常数?T=R2*C2=0.1S? 该闭环系统在A3单元中改变输入电阻R来调整增益K，R分别设定为?4k、40k、100k?。?电路的开环传递函数为 积分环节（A2 单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=1S， 惯性环节（A3 单元）的惯性时间常数T1=R3*C2=0.1S， K1=R3/R2=1 惯性环节（A5 单元）的惯性时间常数T2=R4*C3=0.5S，K2=R4/R=500k/R 该系统在A5 单元中改变输入电阻R来调整增益K，R分别为30K、41.7K、100K 。 闭环系统的特征方程为： 1??G(S) ??0,??S 3 ?12S 2 ??20S ??20K ??0 实验步骤： 注：‘S ST’不能用“短路套”短接！ （1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’ 和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）： B1单元中电位器的左边K3 开关拨下（GND），右边K4 开关拨下（0/+5V阶跃）。阶跃信号输出（B1-2 的Y 测孔）调整为2V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9 灯亮，调节电位器，用 万用表测量Y 测孔）。 （4）运行、观察、记录： ① 运行 LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的三阶典型系统瞬态响应和稳 定性实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元 CH1测孔测量波形。也可选用普通示波器观测实验结果。 ② 分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到30K、41.7K、100K，按下B1 按钮，用示波器观察A5 单元信号输出端C（t）的系统阶跃响应。 ③ 改变时间常数（分别改变运算模拟单元A3 和A5的反馈电容C2、C3），重新观测结果，填入实验 报告。 五、实验数据及处理结果 实验数据及处理结果： （1）R=4K，C2=1U Mp=0.7/2.07×100%=33.8% tp =0.240s Mp=0.7/2.07×100%=33.8% tp =0.240s ts=0.810s （2） R1=200k ,C2=1u 实际值为： Mp=1.05/2.07×100%=50.7% tp =0.160s ts=0.28s 理论值为：Wn=25 ξ=0.5 Mp=0.164×100%=16.4% tp =0.145s ts=0.24s （3）R=4K,C2=2uF 实际值为：Mp=1.29/2.07×100%=62.3% tp =0.200s ts=1.32s 理论值为： T=R2C2=100k×2uF=0.2s Wn= 11.2 ξ=0.22 Ti=0.4s 故Wn=25 ξ=0.5Mp=0.5×100%=50% tp =0.288s ts=1.22s （1）R=40K,C2=2uF ts=1.52s (2）R1=200k,C2=2uF ts=0.860s （3）R1=200k，C2=2uF ts=2.000s R=100K，C2=2uF （1） ts=3.600s （2）R1=100k，C1=2uF ts=0.920s （3）R1=100k，C2=2uF ts=2.720s 六、思考、讨论或体会或对改进实验的建议 通过本次实验了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ