典型系统的时域响应和稳定性分析.doc

一、 实验目的1. 研究二阶系统的特征参量 (、n) 对过渡过程的影响。 2. 研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。 3. 熟悉 Routh 判据，用 Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。二、 实验设备PC 机一台，TD-ACC+(或 TD-ACS)实验系统一套。三、 实验原理及内容1. 典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：如图 1.2-1 所示。(2) 对应的模拟电路图：如图 1.2-2 所示。(3) 理论分析 (4) 先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻 R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图 1.2-2)， 系统闭环传递函数为：四、 实验步骤1. 将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为 1V，周期为 10s 左右。 2. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试 (1) 按模拟电路图 1.2-2 接线，将 1 中的方波信号接至输入端，取 R = 10K。 (2) 用示波器观察系统响应曲线 C(t)，测量并记录超调 MP、峰值时间 tp 和调节时间 tS。 (3) 分别按 R = 50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线 C(t)，测量并记录性能指标 MP、tp 和 tS，及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较 (实验前必须按公式计算出)。将实验结果填入表 1.2-1 中。表 1.2-2 中已填入了一组参考测量值，供参照。3. 典型三阶系统的性能 (1) 按图 1.2-4 接线，将 1 中的方波信号接至输入端，取 R = 30K。 (2) 观察系统的响应曲线，并记录波形。 (3) 减小开环增益 (R = 41.7K；100K)，观察响应曲线，并将实验结果填入表 1.2-3 中。表1.2-4 中已填入了一组参考测量值，供参照。 五、 实验结果1. 当R = 10K实验结果 2. 当R = 50K实验结果 3. 当R = 160K实验结果 4. 当R = 200K实验结果 六、 实验分析典型二阶系统瞬态性能指标实验测试值见下表表 1.2-2 参数 项目 R (K) K n C (tp) C () Mp (%) tp (s) ts (s) 响应情况 理论值 测量值 理论值 测量值 理论值 测量值 0 1 过阻尼 200 1 552 无 1 无 无 2.9 3.56 单调指数 经过这次实验，我们学习了典型的二阶和三阶系统的稳定性分析，我们不仅更加深刻了解了TD-ACC+实验系统的使用，也收获了课堂上所得不到的知识，对系统的时域响应和稳定性有了更进一步的理解。首先，在试验系统的使用中，熟练利用虚拟仪器，调整输出的方波是非常的方便的。通过对实验所得波形与数据的分析，我总结了一下几点： (1) 通过调整系统的参数可改变系统阻尼系数，从而改变系统动态性能。 (2) 当阻尼系数小于1为欠阻尼，阻尼系数越小，系统超调越大，峰值时间越小，调整时间越大。 (3) 当阻尼系数等于1为临界阻尼，无超调，调整时间最小。 (4) 当阻尼系数大于1为过阻尼，阻尼越大，响应越慢，调整时间越大。