二阶系统的过渡过程

自动控制原理实验实验二二阶系统的过渡过程1实验目的1）学习自动控制系统动态性能指标的测试技术及系统阶跃响应曲线的测试方法。2）研究二阶系统的两个重要参数，和对系统动态品质的影响。3）观察在不同参数下，二阶系统的阶跃响应曲线，并测出超调量和调节时间。4）定量分析和与超调量，调节时间的关系。T%ststT%2实验仪器设备1）TDN-AC/ACS自动控制原理模拟实验机一台2）计算机（配虚拟示波器及Matlab软件）一台3）PCI1710数据采集卡一块4）万用表一块5）电阻、电容及联线导线若干3实验内容1)根据电路图搭建实验电路。2)保持不变，改变阻尼比，观察过渡过程曲线的变化情况。3)保持不变，改变系统的时间常数，观察过渡过程曲线的变化情况。实验二二阶系统的过渡过程TT根据的不同取值，二阶系统有以下几种工作状态：（1）当，此时二阶系统称为欠阻尼状态。（2）当，此时二阶系统称为临界阻尼状态。（3）当，此时二阶系统称为过阻尼状态。（4）当，此时二阶系统称为无阻尼状态，系统单位阶跃响应为等幅振荡。那种状态最好？实验二二阶系统的过渡过程101014实验原理实验二二阶系统的过渡过程图2.1.典型二阶系统方框图R(s)2n(2)nssC(s)E(s)-222()2nnnsss闭环传递函数:系统的动态性能指标主要有：%100%21e21npt21nrt%53nst%24nst方案1实验二二阶系统的过渡过程图2.2.一种便于在模拟机上实现的二阶系统的方框图1Ts1TsR(s)C(s)--实验二二阶系统的过渡过程222221111TsTsTsssTT闭环传递函数=，n12T阻尼系数,自然振荡角频率1sTs内环传递函数，实验二二阶系统的过渡过程图2.3.二阶系统的模拟电路图fRiR其中R(t)RC200KRf200KRiRRR-C(t)C实验二二阶系统的过渡过程参数选择方案1(1)时间常数不变，改变系统的阻尼比T(2)阻尼比不变，改变时间数TifC=2uF,200调节R=200K,400KR=5,006K,K，00KRi200,,1,,4.,7f（R,C)=(470KuF),(1M1uF),RKR=28(4700KKuF)实验二二阶系统的过渡过程参数选择方案2(1)时间常数不变，改变系统的阻尼比T(2)阻尼比不变，改变时间数TifC=1uF,100K调节R=100K,20R=1M0K,5R，00K,i100,,1,,4.,7f（R,C)=(470KuF),(1M1uF),RKR=14(4700KKuF)方案2实验二二阶系统的过渡过程图2.4.另一种在模拟机上实现的二阶系统的方框图1222122()()1s(1)sKKTKGsKGsKTsTsTT开环传递函数：，，闭环传递函数：R(s)11Ts121KTsC(s)-E(s)方案2实验二二阶系统的过渡过程图2.5.另一种在模拟机上实现的二阶系统的方框图2uFR-C(t)r(t)500K1uF200K10K200K200K200K10KC(t)输出测量值输出输入实验中选择如下的参数实验二二阶系统的过渡过程25()55KsssK121200200,RRT=1s,T=0.2s,K=即K=闭环传递函数其中阻尼比和自然振荡角频率分别为n1010,1040RR令R=10K,40K,160K,200K观察阶跃响应？实验二二阶系统的过渡过程5实验步骤及实验记录与分析通过搭建实验电路，观测在不同参数作用下，记录系统在不同阻尼下过渡过程的阶跃相应曲线，并记录性能指标。实验二二阶系统的过渡过程6思考题1）在模拟系统中若阶跃输入幅值过大，会产生什么结果？2）在模拟仿真中为什么要多增一个1：1的比例环节？3）在模拟系统中如何实现负反馈，如何实现单位负反馈？实验二二阶系统的过渡过程7实验报告要求1）写明实验线路及原始数据。要有准确的实验记录（包括测量参数）与理论值作以比较。2）对实验中出现的问题及现象要有准确的描述和分析。3）推导模拟电路的闭环传递函数，并确定ωn、ξ和R、C的关系。4）回答实验思考题，写出本实验的体会及建议。实验注意事项实验时，经检查线路已经正确搭接后再上电开始实验，布线时严禁带电进行操作。不要过于频繁得开启电源，重新开启和上一次断开之间得时间应大于30秒。切勿把电阻、电容等掉进箱子左侧，以免烧坏箱子。对于搭线被控对象时，输入和反馈回路中的电阻尽可能利用实验板的电位器来实现。做完实验后，应将导线及元器件按实验前的位置放好，千万不要散乱的放在机箱中，以免下次做实验引起短路。