燕山大学控制工程基础实验报告(带数据).docx

自动掌握理论试验报告试验一典型环节的时域响应院系：班级：学号：姓名：试验一典型环节的时域响应一、试验目的1. 把握典型环节模拟电路的构成方法，传递函数及输出时域函数的表达式2. 熟识各种典型环节的阶跃响应曲线3. 了解各项参数变化对典型环节动态特性的影响二、试验设施PC机一台，TD-ACC+教学试验系统一套三、试验步骤1、按图1-2比例环节的模拟电路图将线接好检查无误后开启设施电源注：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100k电阻不需再接2、将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”接好将信号形式开关设为“方波”档，分别调整调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V,周期为10s左右3、将方波信号加至比例环节的输入端R(t),用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入R(t)端和输出C(t)端纪录试验波形及结果4、用同样的方法分别得出积分环节、比例积分环节、惯性环节对阶跃信号的实际响应曲线5、再将各环节试验数据改为如下：比例环节：R=200k，R=200k；01积分环节：R—200k，C=2u；0比例环节：R—100k，R—200k，C—2u；01惯性环节：R—R—200k，C—2uo、01用同样的步骤方法重复一遍。

四、试验原理、内容、纪录曲线及分析下面列出了各典型环节的结构框图、传递函数、阶跃响应、模拟电路、纪录曲线及理论分析1. 比例环节(1) 结构框图：R(s)r^c(s)、图1—1比例环节的结构框图(2) 传递函数:(3) 阶跃响应：C(t=K(t20)其中K=RJR0⑷模拟电路：图1—2比例环节的模拟电路图⑸纪录曲线：71-T2=4.313s1/T1-T2=0.22-Hz|V1-V2|=91C.2-mv|V1-V2|=910.3nw⑹Ro二200匕气=200k时的纪录曲线:T:2s.4SCH1:600mv.^CH2:500mv/t&(7)曲线分析：比例放大倍数K与R1的阻值成正比2•积分环节(1)结构框图:R(S)-1c(s)、TS图1—3积分环节的结构框图(2)传递函数:C(S)_1R(S厂TS⑶阶跃响应：C(t)=Tt(t^o)其中T=R0C⑷模拟电路：图1—4积分的模拟电路图⑸纪录曲线:71-72|=4.313s|V1-V2|=9.103vT:2s.4&CH1:珈格CH2:⑹R0二200k,C二2u时的纪录曲线：T1-72|=2.094bJV1-V2|=9.1037⑺曲线分析：积分时间常数T与电容C成正比3.比例积分环节(1)结构框图：(2)传递函数:图1—5比例积分环节的结构框图TS⑶阶跃响应：C(t)=K+Tt(&0)其中K=R1/R0；T=R0C⑷模拟电路:⑸纪录曲线:T1-T2]=46S.Sms|V1-V2|=9.1Q3v14T1-T2|=2.12Hz|V1-V2|=9.103v⑹R0二100k，R广200k，C二2u时的纪录曲线:T:2s.4SCH1:珈格CH2:(7)曲线分析：比例放大系数K与R0成反比，积分时间常数T与RC成正比4•惯性环节(1)结构框图：(2)传递函数:C(S)_KR(S厂TS+1R(S)KC(S)TS+1图1—7惯性环节的结构框图(3)阶跃响应：C(t)=K(1一「T)，其中K=RyR；T=R]C。

/0⑷模拟电路:图1—8惯性环节的模拟电路图⑸纪录曲线:T1-T2=21B.8ms1/71-T2=4.E7HzJV1-V2|=62B.2mv|V1-V2|=628.2mv⑹Rq=R1=2°°k，C二2u时的纪录曲线:71-TZ=4C6.3ms1/T1-T2=2.4EHm|V1-V2|=62S.2mv|V1-V2|=623.2mv（7）曲线分析：惯性时间常数T与电容C成正比五、数据处理理论计算比例放大倍数K、积分时间常数T、惯性时间常数T的值与实际测量值进行验证1. 比例环节：(1)R—200k，0Ri-100k时，理论计算得:实际测量得:K-R-竺—0.5R200k0K—500mV—0.49361013mV⑵R—200k，0R—200k时，理论计算得:1实际测量得:”R200k[K————1R200k0k-1013V—11.013V2.积分环节:(1)R—200k，0C=1u时,理论计算得:T—RC—200kx1u—0.2s0实际测量得:T-上—里醛—0.2188sAC(t)1000⑵R—200k，0C=2u时,理论计算得:T—RC—200kx2u—0・4s0实际测量得:T心—益$—03750s3.比例积分环节:(1)R—200k，0R—200k1C—1u时，理论计算得:K—令—I00I—1；T—R0C—200kx1u—0.2s0实际测量得：K—C(0)—1；T—0.1875s⑵R—100k，R—200k，C—2u时，理论计算得:01K—1——2；T—RC—100kx2u—0.2sR100k00实际测量得：K—C(0)—2；T—0.2031s4•惯性环节:(1)R—R—200k，C—1u时，理论计算得:01K————1；T—RC—200kx1u—0.2sR200k10实际测量得：K—C(a)—1；T—0.2188s(U(T)—63.2%U)m(2)R=R=200k,C=2u时，理论计算得：01K=―1==1；T=RC=200kx2u=0.4sR200k10实际测量得：K二C(a)二1；T=0.4063s(U(T)二63.2%U)m六、思索题1、由运算放大器组成的各种环节的传递函数是在什么条件下推导出的？答：由运算放大器组成的各种环节的传递函数都是在抱负运放虚短、虚断的条件下推导出的，因而其输入阻抗认为无穷大。

2、试验电路中串联的后一个运放的作用？若没有则其传递函数有什么差别？答：试验电路中后一个运放起反相器的作用若没有则传递函数须加一个负号3、惯性环节在什么条件下可以近似为比例环节？而在什么条件下可以近似为积分环节？答：在惯性时间常数T二RC很小时惯性环节可近似为比例环节，而在惯性时间常数T二RC很大且R二R时惯性环节可近似为积分环节110七、试验总结自动掌握理论试验报告试验二典型系统的时域响应和稳定性分析院系:班级:学号:姓名：试验二典型系统的时域响应和稳定性分析试验目的1. 讨论二阶系统的特征参量(°、n)对过渡过程的影响2. 讨论二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性3.熟识Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析二、试验设施PC机一台，TD—ACC+系列教学试验系统一套三、试验原理及内容1典型的二阶系统稳定性分析结构框图：见图2—1图2—1典型的二阶系统结构框图(1) 对应的模拟电路图图2—2典型二阶系统的模拟电路图kT1o-s(Ts+1)1(2) 理论分析k系统开环传递函数为：G(s)H(s)=iTs(Ts+1)01开环增益K=K/T10⑷试验内容先算出临界阻尼、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,观看二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。

在此试验中（图2—2）,系统闭环传递函数为:①2ns2+2®s+6nn1000RS2+10s+1000R其中阻尼比:12*10R⑸当R=10K，理论计算“肓需=0.52n二=10,处于欠阻尼状态,计算超调量、峰值时间、调整时间如下:M=exp(p5)100%=16.3%T0二1s,T二0.1s,k二100R,K二k.T二k二100.R11101==0.363s\：'1-匚2①nT1-T2]=406.2-ms|V1-V2|=1.12Bv14T1-T2|=246Hz|V1-V2|=1.128vT:2s.4&CH1:600mv..4&CH2:500mv/tg=7.071，处于欠阻尼状M=exp(-p)100%=4.33%<1-Q2当R=20K,理论计算Q=1=0.707，w=^/10/Rn态，计算超调量、峰值时间、调整时间如下:t==0.628sP寸1-Q2①nT:2s®CH1:SOOrnv.^CH2:500mv4§当R=40K，理论计算'=爲R=1，w=n=5，处于临界阻尼状态，计算超调量、峰值时间、调整时间如下:71-T2=1.626E1/T1-T2=0.62Hz|V1-V2|=974.4mv|V1-V2|=974.4nw当R=1OOK,理论计算:2^\0Tr二1.581,二10罟二3.16,处于过阻尼状态,无超调。

71-T2=1.E2S&V1-V2|=94S.7mv14T1-T21=0.62Hz|V1-V2|=948.7iw2. 典型的三阶系统稳定性分析(1)结构框图图2—3典型三阶系统的结构框图系统的开环传函为:G(S)H(S)=(其中K=500/R)，得:500/RS(0.1S+l)(0.5S+1)系统的特征方程为：1+G(S)H(S)=0nS3+12S2+20S+20K=0⑷试验内容试验前由Routh判据得Routh行列式为：s3120S21220KS1(20-5K3)0s020K0为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有:20-5K3>020K>0041.7K，系统稳定K=12,R=41.7K，系统临界稳定K>12,R<41.7K，系统不稳定实际测量系统临界稳定时R=35.2K,波形如下:71=1.625sJV1-V2|=1.62S714T1-T2|=Q.62Hz|V1-V2|=1.623v当R=9.96K，此时系统应当处于不稳定状态，理论分析的波形应为发散振荡，试验实际得到的波形如下所示：T:2s.4&CH1:GOOrnv.^CH2:500mv/t&当R=86.3K，此时开环增益K=500/R=4.3<12，系统应当处于稳定状态，理论分析的波形应为衰减振荡，试验实际得到的波形如下所示：71-121=1.625s|V1-V2|=1.62Bv分析这些曲线，可见系统实际临界稳定点的位置与理论计算有肯定的廉价，经过测量，分析得出这是由于电路的参数不精确造成的，电路中的电阻、电容值与理论值有肯定的偏差。

而变化总的趋势和理论分析是全都的四、思索题1、在图2—2、图2—4电路中在串联1:1的反相器，系统是否稳定？答：再串联反向器后反馈变为正反馈，系统不会稳定2、在图2—4电路中，转变增益是否会消失不稳定现象？答：由试验结果测得的波形可知，在不同的增益下，对应系统的单位阶跃响应是有变化的，当增益超过某一K值（临界增益）时，系统的阶跃响应开头消失发散振荡状态，即系统不稳定五、试验总结。