二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析實驗報告

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1、word資料下載可編輯課程名稱：控制理論乙指導(dǎo)老師：成績：實驗名稱：二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析實驗類型：同組學(xué)生姓名：一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、實驗?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康暮鸵?.誰二階模擬系統(tǒng)的組成2.研究二階系統(tǒng)分別工作在、、三種狀態(tài)下的單位階躍響應(yīng)3.分析增益K對二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量、峰值時間tp和調(diào)整時間ts4.研究系統(tǒng)在不同K值對斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差二、實驗內(nèi)容和原理1.實驗原理實驗電路圖如下圖所示：上圖

2、為二階系統(tǒng)的模擬電路圖，它是由三部分組成。其中，R1、R2和C1以及第一個運放共同組成一個慣性環(huán)節(jié)發(fā)生器，R3、C2與第二個運放共同組成了一個積分環(huán)節(jié)發(fā)生器，R0與第三個運放組合了一個反相發(fā)生器。所有的運放正輸入端都接地，負輸入端均與該部分電路的輸入信號相連，并且輸入和輸出之間通過元件組成了各種負反饋調(diào)節(jié)機制。最后由最終端的輸出與最初端的輸入通過一個反相器相連，構(gòu)成了整體電路上的負反饋調(diào)節(jié)。慣性函數(shù)傳遞函數(shù)為：比例函數(shù)的傳遞函數(shù)為專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯反相器的傳遞函數(shù)為電路的開環(huán)傳遞函數(shù)為電路總傳遞函數(shù)為其中、、、、實驗要求讓

3、T1=0.2s，T2=0.5s，則通過計算我們可以得出、調(diào)整開環(huán)增益K值，不急你能改變系統(tǒng)無阻尼自然振蕩平率的值，還可以得到過阻尼、臨界阻尼好欠阻尼三種情況下的階躍響應(yīng)曲線。（1）當K>0.625時，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)，此時應(yīng)滿足單位階躍響應(yīng)表達式為：其中，圖像為：專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯（1）當K=0.625時，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)，此時應(yīng)滿足單位階躍響應(yīng)表達式為：圖像為：（2）當K<0.625時，系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)，此時應(yīng)滿足單位節(jié)約響應(yīng)表達式為：其中，、圖像為：2.實驗內(nèi)容（1）根據(jù)電路圖所示，調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，是系統(tǒng)的開環(huán)傳

4、遞函數(shù)為（2）令輸入等于1V的階躍函數(shù)電壓，在示波器上觀察不同K（K=10、K=5、K=2、K=0.5）時候的單位階躍響應(yīng)的波形，并由實驗求得相應(yīng)的超調(diào)量、峰值時間和調(diào)整時間（3）調(diào)節(jié)開環(huán)增益，使二階系統(tǒng)的阻尼比為專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯，觀察并記錄此時的單位階躍響應(yīng)波形和超調(diào)量、峰值時間和調(diào)整時間的值三、主要儀器設(shè)備1．控制理論電子模擬實驗箱一臺2．超低頻慢掃描示波器一臺3．萬用表一只四、操作方法和實驗步驟1.按照電路圖，在控制理論實驗箱上連接好實物圖2.由實驗原理給定的公式和實驗內(nèi)容給定的參數(shù)，算出我們的參數(shù)值10100.2

5、501M100k1M57.0710.3541M200k1M24.4720.5591M500k1M0.52.2361.1181M2M1M1.253.5350.7071M3.在控制理論實驗箱上的階躍函數(shù)電源中，按下按鈕，形成階躍輸入。4.在示波器上，測量并記錄實驗所得波形，測量波形圖中的超調(diào)量、峰值時間和調(diào)整時間五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1.K=102.K=5專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯3.K=24.K=0.5專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯5.K=1.25六、實驗結(jié)果與分析1.實驗結(jié)果分析專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯（1）誤差計算

6、根據(jù)公式推算實驗的理論值為：100.4441.2000.32450.3041.1980.47520.1201.2000.8470.5///1.250.0431.2001.257通過實驗實際測得的數(shù)據(jù)值為：100.4561.120.34450.3361.240.48020.1201.300.9000.5///1.250.0641.321.36誤差值為：102.7%6.7%6.2%510.5%3.5%1.1%20.0%8.3%6.3%0.5///1.2548.8%10.0%8.2$1.誤差分析（1）運算放大器并非理想放大器，在負反饋調(diào)節(jié)時可能

7、會產(chǎn)生誤差。（2）肉眼測量示波器差生的誤差。（3）電阻值與電容值的實際值與標注的值不同，會產(chǎn)生很大的誤差。（4）示波器光標測值時，只能移動整位，對減小誤差起到了負面作用。（5）波形不是很連貫，有小格狀的曲線讓實驗者會出現(xiàn)很大的觀察誤差。2.思考題（1）如果階躍輸入信號的幅值過大，會在實驗中產(chǎn)生什么后果？如果輸入信號的幅值過大，衰減率會很小，超調(diào)量會很大，衰減速度很小，導(dǎo)致響應(yīng)過程很餓滿，最中國所需要的響應(yīng)時間很長。（2）在電子模擬系統(tǒng)中，如何實現(xiàn)負反饋和單位負反饋？首先，反饋是建立在閉環(huán)系統(tǒng)上的，控制量Ui通過兩個運算放大器，輸出被調(diào)量U

8、o，當被調(diào)量Uo偏離給定值Ui時，偏離量通過閉合回路反饋給控制量Ui，控制作用的方向與被調(diào)量的變化方向相反，繼續(xù)通過兩個運算放大器，不斷校正被調(diào)量，這樣就額可以實現(xiàn)負反饋，當反饋通道傳遞函數(shù)為