二阶系统的瞬态响应分析.docx

（填入实验项目名称） PAGE \* MERGEFORMAT 4 本科实验报告 课程名称： 自动控制原理实验 姓 名： 学 院(系)： 专 业： 控制 学 号： 指导教师：  浙江大学实验报告 实验项目名称： 二阶系统的瞬态响应分析 同组学生姓名： 实验地点： 月牙楼301 实验日期： 实验目的和要求 1、熟悉二阶模拟系统的组成。 2、研究二阶系统分别工作在ζ=1，0ζ1和ζ1三种状态下的单位阶跃响应。 3、分析增益K 对二阶系统单位阶跃响应的超调量σp、峰值时间Tp 和调整时间Ts。 实验内容和原理 图 1 为二阶系统的模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反相器组成。图2 为图1 的原理方框图， 图中中 K= R2 / R1，T1=R3C1, T2=R3C2。二阶系统的闭环传递函数为： 二阶系统标准传递函数为： 对比式(1)和式(2)，得 、 设T1=0.2S，T2=0.5S。则ω=10K ξ=0.625/K 调节开环增益 K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn和. ζ 的值，还可以得到过阻尼（ζ ＞1）、临界阻尼（ζ=1）和欠阻尼（ζ＜1）三种情况下的阶跃响应曲线。 主要仪器设备 示波器、控制理论电子模拟实验箱 操作方法与实验步骤 根据图1，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为： 2、令ui(t)=1V，在示波器上观察不同K（K=10，5，2，0.625，0.5）时的单位阶跃响应的波形，并由实验求得相应的σp、Tp 和Ts 的值。用实验箱中的三角波作为二阶系统的斜坡输入信号，观察并记录在不同K 值(K=2，0.5)时，系统跟踪斜坡信号的稳态误差。 实验数据记录和处理 3、调节开环增益K，使二阶系统的阻尼比ζ=1/ 2 =0.707，观察并记录此时的单位阶跃响应波形和σp、Tp 和Ts 的值。 实验结果与分析 K=10 Ts=0.7s Tp=0.28s σ=40% K=5 Ts=1.2s Tp=0.5s σ=20% K=2 Ts=1.3s Tp=0.9s σ=10% K=0.5 Ts=3.5 K=0.625 Ts=1.75 用实验箱中的三角波作为二阶系统的斜坡输入信号 K=2 e=0.08V K=0.5 e=0.5V ζ=0.707 K=1.25 Ts=1.8s Tp=1s σ=5% 讨论、心得 如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？ 答: 若阶跃输入信号幅值过大，会使输出阶跃响应曲线的稳态值过大，如果系统有较大的超调量，则阶跃响应的幅值可能超出范围，不能测得完整的响应曲线，实验测出的各种数据都会发生变化，使其精度降低，增大实验的误差，同时会使系统动态特性的非线性因素增大，使线性系统变成非线性系统；也有可能导致实验的失败，最后实验不能趋于稳定，实验结果出错，所以实验过程中，要选择合适的阶跃输入信号幅值。 在电子模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？ 答: 将集成运算放大器输出端引回反相输入端就是负反馈，引回正相输入端就是正反馈。 为什么本实验的模拟系统中要用三只运算放大器？ 答: 只有这样才能实现信号的各级反馈，以便系统的更稳定