典型二阶系统动态性能和稳定性分析.docx

一、实验目的1 .学习和掌握动态性能指标的测试方法。2 .观察不同参数下典型二阶系统的阶跃响应曲线。3 .研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。二、实验内容观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。三、实验原理任何一个给定的线性控制系统，都可以分解为若干个典型环节的组合。将每个典型环节的模拟电路按系统的方框图连接起来，就得到控制系统的模拟电路图。4 .典型二阶系统2典型二阶系统W(三)=、7可以分解成一个比例环节、一个惯性环节和一个积分环节，其结构原理如图20s+2tis+n所示：图20典型二阶系统的结构图KKK其开环传递函数为G(三)=,K=s(T2s÷1)T3其闭环传递函数为：K该二阶系统的模拟电路如图21所示:色的0）（3 的 l） C了放单元上的锁装3的G）图21二阶系统的模拟电路四、实验步骤图21中RX为模拟电路单元的可变电阻，改变RX大小，即可改变K、T2,从而改变阻尼比却（1）步盛1：构造模拟电路二阶系统模拟电路连线图如图21所示，实验参数取RO=Rf=200k,Rl=200k,R2=100k,CI=IUF,C2=luF,R=15k°RX是阻值为510k和51k的电阻。在进行实验连线之前，先将U9单元两个输入端的100K可调电阻均顺时针旋转到底（即调至最大），使电阻RO、Rf均为200K;（2）步骤2：打开IabVieW的时域特性程序后，软件界面的参数设置如下：测试信号：阶跃；幅值:5V（偏移0）；频率/周期：2.5s（占空比90%）；运行程序，直接进行实验。通过RX连接不同阻值的电阻，即51Ok和51k,观察并记录欠阻尼比和过阻尼，1时阶跃响应曲线、测量超调量。、阻尼振荡周期，及调节时间ts。将参数及各项指标填入表2-10内。表2-10Rx510k51k。测量值62.8%Td测量值0.995s人测量值3.19s3.05sIS计算值3.0671s0.9951测量值0.1465，计算值0.13861.386con测量值6.3829n计算值7.0717.071五、实验结果与分析1.系统的模拟电路图如下。2.二阶系统各种情况下的系统阶跃响应曲线。欠阻尼情况下的系统阶跃响应曲线。过阻尼情况下的系统阶跃响应曲线。3.实验结果与理论计算值的比较及误差分析。欠阻尼情况下的理论值与计算值结果的比较较为接近，其主要的误差来源是读数时采用手动标记游标位置进行测量的方法，可能会因为游标位置摆放不当而引起读数误差；另一个原因可能是运算放大器在实际工作状态中并不是处于一个理想的状态，计算理论值时采用理想模型代替实际模型也是误差来源之一；在示波器显示波形时，扫描时间没有调节到合适的挡位影响到读数的准确性也是误差来源之一；过阻尼情况下的误差较大，可能是实验时测量结果有错误；另一个原因可能是教程上提供的过阻尼时的调节时间计算公式误差较大，即当Tl大于或等于四倍T2时，ts=3Tl,此时的11:1/7。71(1.386(1.386八21)(1/2)=0.3317,T2=1/7.071(1386+(1.3862-1)(1/2)=0.06029,ts=0.9951S。