自控二 microsoft word 文檔

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1、3.1.2二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一．實(shí)驗(yàn)要求1.了解和掌握典型二階系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成方法及Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式2.研究二階閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)--無(wú)阻尼振蕩頻率ωn、阻尼比ξ對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響3.掌握欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)Mp、tp、ts的計(jì)算4.觀察和分析典型二階閉環(huán)系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過(guò)阻尼的瞬態(tài)響應(yīng)曲線，欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)Mp、tp、ts值，并與理論計(jì)算值作比對(duì)。二．實(shí)驗(yàn)原理及說(shuō)明圖3-1-7是典型的Ⅰ型二階單位反饋系統(tǒng)原理方塊圖。圖3-1-7典型二階閉環(huán)系統(tǒng)原理方塊圖Ⅰ型二階

2、系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：（3-1-1）Ⅰ型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式：（3-1-2）自然頻率（無(wú)阻尼振蕩頻率）：阻尼比：（3-1-3）有二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖3-1-8所示。它由積分環(huán)節(jié)（A2）和慣性環(huán)節(jié)（A3）構(gòu)成。圖3-1-8Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖3-1-8的二階系統(tǒng)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)及系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：積分環(huán)節(jié)（A2單元）的積分時(shí)間常數(shù)Ti=R1*C1=1S慣性環(huán)節(jié)（A3單元）的慣性時(shí)間常數(shù)T=R2*C2=0.1S該閉環(huán)系統(tǒng)在A3單元中改變輸入電阻R來(lái)調(diào)整增益K，R分別設(shè)定為4k、40k、100k。模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)代入式（3-1-1），該

3、電路的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：模擬電路的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)代入式（3-1-2），該電路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)代入式（3-1-3），該電路的自然頻率、阻尼比和增益K的關(guān)系式為：當(dāng)R=100k，K=1ξ=1.58>1為過(guò)阻尼響應(yīng)，當(dāng)R=40k，K=2.5ξ=1為臨界阻尼響應(yīng)，當(dāng)R=4k，K=25ξ=0.3160<ξ<1為欠阻尼響應(yīng)。欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)Mp、tp、ts的計(jì)算：（K=25、=0.316、=15.8）超調(diào)量：峰值時(shí)間：調(diào)節(jié)時(shí)間：三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路見(jiàn)圖3-1-8。該環(huán)節(jié)在A3單元中改變輸入電阻R來(lái)

4、調(diào)整衰減時(shí)間。實(shí)驗(yàn)步驟：注：‘SST’不能用“短路套”短接！（1）用信號(hào)發(fā)生器（B1）的‘階躍信號(hào)輸出’和‘幅度控制電位器’構(gòu)造輸入信號(hào)（Ui）：B1單元中電位器的左邊K3開(kāi)關(guān)撥下（GND），右邊K4開(kāi)關(guān)撥下（0/+5V階躍）。階躍信號(hào)輸出（B1-2的Y測(cè)孔）調(diào)整為2V（調(diào)節(jié)方法：按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕，L9燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬(wàn)用表測(cè)量Y測(cè)孔）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-8安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S2，S10，S113A3S8，S104A6S2，S61信號(hào)輸入r

5、(t)B1（Y）→A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT→A2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2（OUT→A3（H1）4負(fù)反饋A3（OUT→A1（H2）5運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUT→A6（H1）6跨接元件4K、40K、100K元件庫(kù)A7中直讀式可變電阻依次跨接到A3（H1）和（IN）之間（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：示波器輸入端CH1接到A6單元信號(hào)輸出端OUT（C(t)）。注：CH1選‘×1’檔。（4）運(yùn)行、觀察、記錄：①運(yùn)行LABACT程序，選擇自動(dòng)控制菜單下的線性系統(tǒng)的時(shí)域分析下的二階典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)

6、始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測(cè)孔測(cè)量波形。也可選用普通示波器觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。②分別將（A7）中的直讀式可變電阻調(diào)整到4K、40K、100K，按下B1按鈕，用示波器觀察在三種增益K下，A6輸出端C(t)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)，其實(shí)際響應(yīng)曲線參見(jiàn)圖3-1-9.。③改變積分時(shí)間常數(shù)Ti，慣性時(shí)間常數(shù)T重新觀測(cè)結(jié)果，記錄超調(diào)量MP，峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（計(jì)算值實(shí)驗(yàn)前必須按公式計(jì)算出）★在作該實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有積分飽和現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)，即構(gòu)成積分的模擬電路處于飽和狀態(tài)，波形不出來(lái)，請(qǐng)人工放電。放電操作如下：輸入端Ui為零，把B5函

7、數(shù)發(fā)生器的SB4“放電按鈕”按住3秒左右，進(jìn)行放電。報(bào)告1：改變慣性環(huán)節(jié)增益（積分時(shí)間常數(shù)Ti=1，慣性時(shí)間常數(shù)T=0.1）參數(shù)項(xiàng)目輸入電阻R（A3）增益K自然頻率Wn（計(jì)算值)阻尼比ξ（計(jì)算值)超調(diào)量MP(%)峰值時(shí)間tP調(diào)節(jié)時(shí)間tS測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值ξ>1過(guò)阻尼100Kξ=1臨界阻尼40K0<ξ<1欠阻尼10K4K2K實(shí)驗(yàn)報(bào)告2：改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)（積分時(shí)間常數(shù)Ti=1，慣性環(huán)節(jié)增益K=25，R=4K，C1=2u）參數(shù)反饋電容C2增加慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)自然頻率Wn阻尼比ξ超調(diào)量MP(%)峰值時(shí)間tP調(diào)節(jié)時(shí)間tS項(xiàng)目（A3）（ξ減小

8、）T（計(jì)算值)（計(jì)算值)測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值0<ξ<1欠阻尼1u2u3u實(shí)驗(yàn)報(bào)