自动控制原理实验典型环节及其阶跃响应,二阶系统阶跃.doc

实验一、典型环节及其阶跃响应 实验目的 ??????? 1、学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。 ??????? 2、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。 实验内容 构成下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。 比例环节的模拟电路及其传递函数示图2-1。 G(S)=-R2/R1 惯性环节的模拟电路及其传递函数示图2-2。 G(S)=-K/TS+1 K=R2/R1 ,T=R2*C 积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-3。 G(S)=1/TS T=RC 微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-4。 G(S)=-RCS 比例加微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-5。 G(S)=-K(TS+1) K=R2/R1 T=R2C 比例加积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-6。 G(S)=K(1+1/TS) K=R2/R1,T=R2C 软件使用 ??????? 1、打开实验课题菜单，选中实验课题。 ??????? 2、在课题参数窗口中，填写相应AD，DA或其它参数。 ??????? 3、选确认键执行实验操作，选取消键重新设置参数。 实验步骤 ??????? 1、连接被测量典型环节的模拟电路及D/A、A/D连接，检查无误后接通电源。 ??????? 2、启动应用程序，设置T和N。参考值：T=0.05秒,N=200。 ??????? 3、观测计算机屏幕示出的响应曲线及数据 记录波形及数据(由实验报告确定)。 实验报告 ??????? 1、画出惯性环节、积分环节、比例加微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所有记录的惯性环节 、积分环节、比例加微分环节的响应曲线。 ??????? 2、由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。 实验二??????? 二阶系统阶跃响应 一、实验目的 ?????? 1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ 和无阻尼自然频 ωn 对系统动态性能的影响，定量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调节时间 ts 之间的关系。 ??????? 2、进一步学习实验仪器的使用方法。 ??????? 3、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。 二、实验原理及电路 ??????????????????????? 典型二阶系统的闭环传递函数为 ??????????????????????? 其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的影响。 ??????????????????????? 二阶系统模拟电路如图示，经计算得 ??????????????????? 电路的结构图为 ??????????????????????????? 系统闭环传递函数为 ???????????????????????????? 式中??? T=RC,?? K=R2/R1????? ??????????????????????????? 比较 (1),(2)二式，可得 ???????????????????? ζ=1/T=1/RC ????????????????????????????ωn =K/2=R2/R1 ????????? (3) ????????? 由 (3) 式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。改变RC值可以改变无阻尼自然频率。 ????????? 今取R1=200k，R2=0--500KΩ，(R2由电位器调节)，可得实验所需的阻尼比，电阻R取100KΩ 三、实验步骤 ????????? 1、了解实验仪器，熟悉实验仪器的使用方法。 ????????? 2、取ωn=10 rad/s,即令R=100KΩ，C=1uf;分别取ζ=0,0.25,0.5,0.7,1,2,即取R1=100KΩ ? R2 (R2由电位器调节)分别等于0，50 KΩ，100 KΩ，140 KΩ，200 KΩ，400 KΩ。输入阶跃信号，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应的动态曲线，并于理论值比较。 ????????? 3、取ζ=0.5,即取R1=R2=100 KΩ;ωn=100rad/s,即取R=100 KΩ,C=0.1uf 注意：二个电容值同时改变，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量σp和调节时间tn。 ????????? 4、取R=100 KΩ;C=1uf,R1=100 KΩ,R2=50 KΩ,测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录tp和σp的数值。 四、软件使用 ??????? 1、打开实验课题菜单，选中实验课题。 ??????? 2、在课题参数窗口中，填写相应AD，DA或其它参数。 ??????? 3、选确认键执行实验操作，选取消键重新设置参数。 五、实验预习要求 ?????? 1、通过理论分析分别求出