實驗二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng).docx

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1、實驗二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)一、實驗?zāi)康?．研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)如阻尼比z和無阻尼自然頻率wn對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響；定量分析z和wn與最大超調(diào)量Mp、調(diào)節(jié)時間tS之間的關(guān)系。2．進一步學(xué)習(xí)實驗系統(tǒng)的使用方法。3．學(xué)會根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。二、實驗儀器1．EL-AT-II型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2．PC計算機一臺三、實驗原理1．模擬實驗的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實驗采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得

2、到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計算機等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。2.時域性能指標(biāo)的測量方法：超調(diào)量：1)啟動計算機，在桌面雙擊圖標(biāo)[自動控制實驗系統(tǒng)]運行軟件。2)測試計算機與實驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。3)連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。

3、檢查無誤后接通電源。4)在實驗課題下拉菜單中選擇實驗二[二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)]。5)鼠標(biāo)雙擊實驗課題彈出實驗課題參數(shù)窗口。在參數(shù)設(shè)置窗口中設(shè)置相應(yīng)的實驗參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結(jié)果。1)利用軟件上的游標(biāo)測量響應(yīng)曲線上的最大值和穩(wěn)態(tài)值，帶入下式算出超調(diào)量：YMAX-Y∞=——————×100%Y∞tP與ts:利用軟件的游標(biāo)測量水平方向上從零到達最大值與從零到達95%穩(wěn)態(tài)值所需的時間值，便可得到tP與ts。四、實驗內(nèi)容典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為w2nj（S）=（1）s2＋2zwns＋w2n其中z和w

4、n對系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)有決定的影響。圖2-1為典型二階系統(tǒng)的模擬電路，要求測量其階躍響應(yīng)：圖2-1二階系統(tǒng)模擬電路圖電路的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2：圖2-2二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為（2）式中T=RC，K=R2/R1。比較（1）、（2）二式，可得wn=1/T=1/RCz=K/2=R2/2R1（3）由（3）式可知，改變比值R2/R1，可以改變二階系統(tǒng)的阻尼比。改變RC值可以改變無阻尼自然頻率wn。今取R1=200K，R2=100KW和200KW，可得實驗所需的阻尼比。電阻R取100KW，電容C分別取1mf和0.1mf,

5、可得兩個無阻尼自然頻率wn。五、實驗步驟1.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。2.啟動計算機，在桌面雙擊圖標(biāo)[自動控制實驗系統(tǒng)]運行軟件。3.測試計算機與實驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。4.在實驗課題下拉菜單中選擇實驗二[二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)],鼠標(biāo)雙擊該選項彈出實驗課題參數(shù)窗口。5.取wn=10rad/s,即令R=100KW，C=1mf；分別取z=0.

6、5、1、2，即取R1=100KW，R2分別等于100KW、200KW、400KW。輸入階躍信號，測量不同的z時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量s%和調(diào)節(jié)時間ts的數(shù)值和響應(yīng)動態(tài)曲線，并與理論值比較。6.取z=0.5,即取R1=R2=100KW；wn=100rad/s,即取R=100KW，改變電路中的電容C=0.1mf(注意：二個電容值同時改變)。輸入階躍信號測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量s%和調(diào)節(jié)時間ts。7.取R=100KW；改變電路中的電容C=1mf,R1=100KW,調(diào)節(jié)電阻R

7、2=50KW。輸入階躍信號測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，記錄響應(yīng)曲線，特別要記錄tp和s%的數(shù)值。8.測量二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)并記入表中：實驗結(jié)果參數(shù)σ%tp（ms）ts（ms）階躍響應(yīng)曲線R=100KC=1μfωn=10rad/sR1=100KR2=0Kζ=0R1=100KR2=50Kζ=0.25R1=100KR2=100Kζ=0.5R1=50KR2=200Kζ=2R1=100KC1=C2=0.1μfωn=100rad/sR1=100KR2=100Kζ=0.5R1=50KR2=200Kζ=2六、實驗報告1.畫出二階系統(tǒng)的模

8、擬電路圖,討論典型二階系統(tǒng)性能指標(biāo)與ζ,ωn的關(guān)系.2.把不同z和wn條件下測量的s%和ts值列表,根據(jù)測量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論.3.畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線,再由ts和s%計算出傳遞函數(shù),并與由模擬電路計算的傳遞函數(shù)相比較。實驗三系統(tǒng)頻率特性測量一、實驗?zāi)康?．加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念。2．掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測量方法。二、實驗儀器1．EL-AT-II型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2．