自动控制原理实验报告3 三阶体系的瞬态响应和稳定性.doc

南昌大学实验报告 学生姓名： 黄佐财 学 号： 6100308118 专业班级： 电力系统082 实验类型：■ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 2010.11.30 实验成绩： 一、实验项目名称：三阶系统的瞬态响应和稳定性 二、实验要求 了解和掌握典型三阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型三阶系统的传递函数表达式。 熟悉劳斯（ROUTH）判据使用方法。 应用劳斯（ROUTH）判据，观察和分析Ⅰ型三阶系统在阶跃信号输入时，系统的稳定、临界稳定及不稳定三种瞬态响应。 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 本实验用于观察和分析三阶系统瞬态响应和稳定性。 Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路如图3-1-8所示。它由积分环节（A2）、惯性环节（A3 和A5）构成。 图 3-1-11 Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路图 图 3-1-11的Ⅰ型三阶闭环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 （3-1-6） 特征方程标准式： （3-1-7） 由ROUTH 判据，得 0K12?R41.7kΩ 系统稳定 K=12?R=41.7kΩ 系统临界稳定 K12?R41.7kΩ 系统不稳定 Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路图见图3-1-11，分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到30K、41.7K、100K，跨接到A5 单元（H1）和（IN）之间，改变系统开环增益进行实验。 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）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-11 安置短路套及测孔联线，表如下。 1 信号输入r(t) B1（Y） →A1（H1） 2 运放级联 A1（OUT）→A2（H1） 3 运放级联 A2（OUT）→A3（H1） 4 运放级联 A3（OUT）→A5（H1） 5 运放级联 A5（OUT）→A6（H1） 6 负反馈 A6（OUT）→A1（H2） 7 跨接元件 30K、41.7K、 100K 元件库A11中直读式可变 电阻跨接到A5（H1）和 （IN）之间 （a）安置短路套 （b）测孔联线 模块号 跨接座号 1 A1 S4，S8 2 A2 S2，S10，S11 3 A3 S4，S8，S10 4 A4 S7，S10 5 A5 S2，S6 （3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A5 单元信号输出端OUT（C(t)）。 注：CH1选‘X1’档。 （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）单元的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 A11=30KΩ A11=41.7KΩ A11=100KΩ A11=30K 观察A3 A11=41.7K 观察A3 A11=100K 观察A3 A11=30K 观察A5 A11=41.7K 观察A5 A11=100K 观察A5 六、思考、讨论或体会或对改进实验的建议 通过本