2022年自动控制理论试验-控制系统的瞬态响应及其稳定性分析 .pdf

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1、控制理论试验二控制系统的瞬态响应及其稳定性分析试验日期：2002 年 11 月 18 日一：试验目的1、学习瞬态性能指标的测试方法；2、记录不通开环增益时二阶系统的阶跃响应曲线，并测出超调量，峰值时间tp 和调节时间 ts；3、了解闭环控制系统的稳定和不稳定现象，并加深理解线性系统的稳定性与其结构和参量有关，而与外作用无关的性质。二：试验原理二阶系统和三阶系统当加入阶跃信号的时候，其响应随着系统参数而变化。其特性由阻尼比，无阻尼自然频率来描述。当两个参数发生变化的时候，将引起系统的调节时间、超调量、振荡次数的变化。二阶系统的原理图三阶系统的原理图三:试验设计1、二阶系统 G(s)=K/0.5s

2、(0.2s+1)设计电路如下所示，输入为ui（t）为负单位阶跃信号当 K 发生变化时，系统的输出响应如下图所示名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -K10；此时，R1=R6=100K R2=1M R3=R4=100K,C1=2uF,R5=100K,C2=5uF 波形图如下所示，左边为matlab 仿真图形由图可知:上升时间tp516ms 调整时间ts850ms 超调量（5.00 4.06）/4.06=24.5%K=5;此时，R1=R6=100K R2=500K R3=R4=100K,C1=2uF,R5=100K,C2=5uF 波形图如下所示，左边为matlab

3、 仿真图形由图可知:上升时间tp584ms 超调量（5.03 4.10）/4.10=22.0%K=2;此时，R1=R6=100K R2=200K R3=R4=100K,C1=2uF,R5=100K,C2=5uF 波形图如下所示，左边为matlab 仿真图形由图可知:上升时间tp912ms 超调量（4.53 4.06）/4.06=11.6%K=1;此时，R1=R6=100K R2=100K R3=R4=100K,C1=2uF,R5=100K,C2=5uF 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -波形图如下所示，左边为matlab 仿真图形由图可知:上升时间tp89

4、2ms 超调量（3.38 3.00）/3.00=12.7%2、三阶系统G(s)=K/0.5s(0.2s+1)(0.1s+1)设计电路如下所示，输入为ui（t）为负单位阶跃信号K=5 时候的理论响应曲线名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -K7.5 的理论响应曲线K7.5 的理论响应曲线四、试验结论与思考1、注意输入输出信号的极性，输入为负阶跃信号，由于试验电路中的放大器全部是负极输、入。常开按钮和常闭按钮是联动的，按住按钮时，为负输出，放开为正输出。2、了解装置面板图，装置上的无源阻容元件可供每个放大器选用，由于放大器是有源器件，故连在某运放上的阻容元件只能供

5、该运放选用。3、注意负反馈的连接，因为每经过一个放大器，输出信号的极性要相反，所以反馈信号一定要经过奇数个放大器才可以。4、三阶系统以上的时候，有些极点是主极点，对输出信号起着决定的作用。5、实验时若阶跃信号的幅值取得太大，会产生什么后果？答：输出将会出现失真现象，即大于输出允许的范围部分的值，均被置为最大值而不是实际值。6、在电子模拟系统中，如何实现负反馈？如何实现单位负反馈？答：可通过加法器和比例器实现负反馈。将输出直接用导线直接（或通过一个反相器）接回加法器部分。7、开环增益K 和惯性环节时间常数T 对系统的性能有什么影响？答：由于 n、有 T 和 K 值决定，因此它们将影响系统的响应曲线，从而将影响系统的稳定性能。8、如何观察三阶系统的发散振荡响应曲线？为什么最后出现等幅振荡现象答：当 K7.5 的时候，三阶系统的响应曲线已经不再是理论发散的振荡响应曲线，而是恒为等幅振荡，这可能是由于放大器本身电源幅值的限制。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -