實驗報告學(xué) 生：學(xué) 號：班 級：專 業(yè)：電氣工程及其自動化學(xué) 院：自動化學(xué)院典型系統(tǒng)的時域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析一、實驗?zāi)康模芯慷A系統(tǒng)的特征參量(ξ、ωn)對過渡過程的影響。．研究二階對象的三種阻尼比下的響應(yīng)曲線及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。．熟悉Routh判據(jù)，用Routh判據(jù)對三階系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析。二、實驗設(shè)備PC 機一臺，TD-ACC+教學(xué)實驗系統(tǒng)一套。三、實驗原理及內(nèi)容1．典型的二階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)框圖：如圖1.2-1所示。（2）對應(yīng)的模擬電路圖：如圖 1.2-2 所示。（3）理論分析K1系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：K1T0;GSHST0ST1S 1 ST1S 1開環(huán)增益：K K1實驗內(nèi)容

T0先算出臨界阻尼、欠阻尼、過阻尼時電阻 R的理論值，再將理論值應(yīng)用于模擬電路中觀察二階系統(tǒng)的動態(tài)性能及穩(wěn)定性，應(yīng)與理論分析基本吻合。在此實驗中 (圖1.2-2)T01s,T10.2s,K1200K200RR2K系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：WSn22nS2S25SKSn其中自然振蕩角頻率：nK1010;阻尼比：2510RT1Rn402．典型的三階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)框圖：如圖1.2-3所示。（2）模擬電路圖：如圖 1.2-4 所示。（3）理論分析500系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)：GSHSS0.1SR其中K50010.5S1R系統(tǒng)特征方程為：1GSHS031222020K0SSS（4）實驗內(nèi)容實驗前由Routh判斷得Routh行列式為：S3120S21220KS15K3200S020K05K0為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，第一列各值應(yīng)為正數(shù)，所以有20320K0得：0K12R41.7K系統(tǒng)穩(wěn)定K12R41.7K系統(tǒng)臨界穩(wěn)定K12R41.7K系統(tǒng)不穩(wěn)定四、實驗步驟將信號源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個運放單元均設(shè)置了鎖零場效應(yīng)管，所以運放具有鎖零功能。將開關(guān)分別設(shè)在“方波”檔和“500ms～12s”檔，調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“OUT”端輸出的方波幅值為1V，周期為10s左右。典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測試①按模擬電路圖1.2-2接線，將1中的方波信號接至輸入端，取R=10K。②用示波器觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線C(t)，測量并記錄超調(diào)MP、峰值時間tp和調(diào)節(jié)時間tS。③分別按R=20K；40K；100K；改變系統(tǒng)開環(huán)增益，觀察響應(yīng)曲線 C(t)，測量并記錄性能指標(biāo) MP、tp和tS，及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并將測量值和計算值進行比較(實驗前必須按公式計算出 )。將實驗結(jié)果填入表 1.2-1 中。3．典型三階系統(tǒng)的性能(1)按圖1.2-4 接線，將1中的方波信號接至輸入端，取 R=30K。觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，并記錄波形。減小開環(huán)增益(R=41.7K；100K)，觀察響應(yīng)曲線，并將實驗結(jié)果填入表1.2-3中。五、實驗現(xiàn)象分析：1．典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)實驗測試值：見下表 1-1：表

1-1參數(shù)項目

RKωn(K?)

ξ

C(tp)

C(∞)

Mp(%)

tp(s)

ts(s)

響應(yīng)情況理測理測理測論量論量論量值值值值值值0<ξ<11020100.251.4144460.320.51.61.65衰減振欠阻尼蕩0<ξ<140550.51.212012.90.730.91.61.59衰減振欠阻尼蕩ξ＝11601.252.51無1無無1.633.06單調(diào)臨界指數(shù)阻尼ξ>12200.9092.131.17無1無無1.63.75單調(diào)過阻尼指數(shù)參考測試值見表 1-2表1-2參數(shù)RKωnξCCMp(%)tp(s)ts(s)響應(yīng)項目(K?)(tp)∞情況()理測理測理測論量論量論量值值值值值值0<ξ<11020100.251.4144430.320.381.61.5衰減振欠阻尼蕩0<ξ<15044.470.561.1111100.850.91.61.7衰減振欠阻尼蕩ξ＝11601.252.51無1無無1.92.5單調(diào)臨界指數(shù)阻尼ξ>122012.241.12無1無無2.93.5單調(diào)指過阻尼數(shù)12412其中Mpe,tp,ts,Ctp1en12nR 10K 時，響應(yīng)圖：R 40K 時，響應(yīng)圖：160K時，響應(yīng)圖：R 220K 時，響應(yīng)圖：2．典型三階系統(tǒng)在不同開環(huán)增益下的響應(yīng)情況實驗參考測試值見表 1.2-4表1.2-3R(K )3041.7100R(K )3041.7100

開環(huán)增益（K）穩(wěn)定性16.7不穩(wěn)定發(fā)散12臨界穩(wěn)定等幅振蕩5穩(wěn)定衰減收斂表1.2-4開環(huán)增益（K） 穩(wěn)定性16.7不穩(wěn)定發(fā)散12臨界穩(wěn)定等幅振蕩5穩(wěn)定衰減收斂R 30K 時，響應(yīng)圖：41.7K時，響應(yīng)圖：R 100K 時，響應(yīng)圖：六、實驗心得：經(jīng)過這次實驗，我們學(xué)習(xí)了典型的二階和三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，我們不僅更加深刻了解了TD-ACC+實驗系統(tǒng)的使用，也收獲了課堂上所得不到的知識，對系統(tǒng)的時域響應(yīng)和穩(wěn)定性有了更進一步的理解。首先，在試驗系統(tǒng)的使用中，熟練利用虛擬儀器，調(diào)整輸出的方波是非常的方便的。 通過對實驗所得波形與數(shù)據(jù)的分析，我們小組總結(jié)了一下幾點：（1）通過調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)可改變系統(tǒng)阻尼系數(shù)， 從而改變系統(tǒng)動態(tài)性