自动控制原理实验 典型系统的时域响应和稳定性分析

电子科技大学中山学院学生实验报告课程名称：自动控制原理实验专业：机电工程学院系别：班级：
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实验名称：典型系统的时域响应和稳定性分析实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：一、目的要求
1．研究二阶系统的特征参量 (ξ、ωn) 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教学实验系统一套
三、实验原理及内容
1．典型的二阶系统稳定性分析
所示。

1.2-1 (1) 结构框图：如图
1.2-(2)对应的模拟电路图：如 1.2-2所示
1.2-2图
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学生成绩：教师签名：批改时间：(3) 理论分析
系统开环传递函数为：
；开环增益：
(4) 实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：
其中自然振荡角频率：
2．典型的三阶系统稳定性分析
所示。

1.2-3 结构框图：如图(1)
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图1.2-3
(2)模拟电路图：如图1.2-4 所示。

1.2-4
(3理论分析
系统的特征方程为:
(4)实验内容：
行列式为：Routh 判断得Routh 实验前由
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为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有
五、实验步
．将信号源单元的S”端插针与”端插针用“短路块”短接。

由于每个运放单元
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
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
中已填入了一组参考测量值，供参照。

1.2-1 。

将实验结果填入表中。

表)算出
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学生成绩：教师签名：批改时间：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中。

表 1.2-2 中已填入了一组参考测量值，供参照。

表 1.2-1
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表 1.2-2
六、实验数据处理
1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试
模拟电路图：
R=10K
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实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：②取R=20K
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实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：③取R=50K
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实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：④取R=100K
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实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：2.典型三阶系统的性能
模拟电路图
①取R=41.7K
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②取R=100K
K?开环增益K
稳定性)
R(
七、实验结果分
1典型二阶系统瞬态性能指标的测
由曲线图可知，随着电的增大，超调M越来越小，到达峰值的时t越来越短，
调节时间与电无关
2典型三阶系统的性
4?4?11时，系统临界时，系统不稳定发散；4?1时，系统稳定衰减收敛定等幅振荡；
4时由曲线图可知系统处于衰减收敛理论应当处于系统临界稳定等幅振荡由于电阻有误差，使得测量值比理论值小。

在误差允许的范围内，可视为等幅振荡
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