线性系统的根轨迹分析 自控实验报告.pdf

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线

信息科学与工程学

院本科生实验报告

线性系统的根轨迹分实验名称析预定时间

实验时间

姓名学号

授课教师

实验台号19

专业班级

装一、目的要求订

线1.根据对象的开环传函,做出根轨迹图。

2.掌握用根轨迹法分析系统的稳定性。

3.通过实际实验,来验证根轨迹方法。

二、原理简述

绘制根轨迹

(1)由开环传递函数分母多项式S(S+1)(0.5S+1)中最高阶次n=3,故根轨迹分

支数为3。开环有三个极点:p1=0,p2=-1,p3=-2。

实轴上的根轨迹:(2)①起始于0、-1、-2,其中-2终止于无穷远处。

②起始于0和-1的两条根轨迹在实轴上相遇后分离,分离点为

显然S2不在根轨迹上,所以S1为系统的分离点,将S1=-0.422代入特征

方程S(S+1)(0.5S+1)+K中,得K=0.193

(3)根轨迹与虚轴的交点

:代入特征方程可得将S=jW

1

线根据以上计算,将这些数值标注S平面上,并连成光滑的粗实线,如下图所

示图上的粗实线就称为该系统的根轨迹。其箭头表示随K值的增加,根轨迹的

变化趋势,而标注的数值则代表与特征根位臵相应的开环增益K的数值。

根据根轨迹图分析系统的稳定性

根据图2.1-3所示根轨迹图,当开环增益K由零变化到无穷大时,可以获得系

统的下述性能:R=500/K

(1)当K=3;即R=166KΩ时,闭环极点有一对在虚轴上的根,系统等幅

振荡,临界稳定。

(2)当K3;即R166KΩ时,两条根轨迹进入S右半平面,系统不稳定。

(3)当0K3;即R166KΩ时,两条根轨迹进入S左半平面,系统稳

定。

三、仪器设备

PC机一台,TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。

2

线

四、线路示图

实验对象的结构框图:

模拟电路构成:

五、内容步骤

1.绘制根轨迹图:实验前根据对象传函画出对象的根轨迹图,对其稳定性及暂

态性能做出理论上的判断。并确定各种状态下系统开环增益K的取值及相应的

电阻值R。

2.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

3

装右。订

线3.按模拟电路图2.1-2接线,并且要求对系统每个环节进行整定,详见附录一;将

2中的方波信号加至输入端。

4.改变对象的开环增益,即改变电阻R的值,用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分

别测量输入端和输出端,观察对象的时域响应曲线,应该和理论分析吻合。

六、数据处理

当R=166K装

线装

线

4

R=135K

R=50K

5

R=220K时,系统趋于稳定

6

装订线

七、分析讨论

当电阻R166K时,系统逐渐趋于不稳定,当R=50K,系统不稳定,包络线发散,于是波形不收敛。

上述分析表明,根轨迹与系统性能之间有密切的联系。利用根轨迹不仅能够分析闭环系

统的动态性能以及参数变化对系统动态性能的影响,而且还可以根据对系统暂态特性的

要求确定可变参数和调整开环零、极点位臵以及改变它们的个数。这就是说,根轨迹法

可用来解决线性系统的分析和综合问题。由于它是一种图解求根的方法,比较直观,避

免了求解高阶系统特征根的麻烦,所以,根轨迹在工程实践中获得了广泛的应用。

7

线

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