自控原理实验指导书2A4

自动控制原理实验指导书 实验二 典型二阶系统动态性能和稳定性分析

一、 实验目的

1、研究二阶系统的两个重要参数阻尼比和无阻尼自然频率对系统动态性能的影响。

2、学习根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。

二、 实验内容

1、二阶系统模拟电路图示于图2-1。

图2-1 2、系统结构图为：

图2-2

3、系统闭环传递函数为：

G（S）?Uo（S）/Ui（S）?1/T2S2?（?/T）S?T2 （1）

T?RC，??R2其中

R1

4

自动控制原理实验指导书 典型二阶系统的闭环传递函数为：

2?nG（S）?22S?2??nS??n （2）

比较（1）、（2）二式，可得

?n?11R2?，??TRC2R1 （3）

由（3）式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。今取R1=100k，R2=0~500k（R2由电位器调节），可得实验所需的阻尼比。电阻R取100k，电容C分别取1?f和0.1?f，可得两个无阻尼自然频率。

三、实验步骤

1、将图2-1所示模拟电路接好，输入端和输出端分别DA0和IN0。

2、启动计算机 ，运行“自动控制原理实验系统”，打开“实验选择”菜单，选择“二阶系统阶跃响应”。 3、选择“参数设置”命令，设置标定电压，采样周期和采样点数。 4、取

?n =10rad/s，即令R=100K，C=1?f，分别取

? =0.025、0.5、0.7、1.2、即取R1=100K，R2分

?p% 和调

别等于0、50K、100K、140K、200K、400K。分别测量系统阶跃响应，并记录最大超调量节时间的数值。

5、取?=0.5，即R1=R2=100K，

?n =100rad/s，即取R=100K，C=0.1?f?p%和调节时间 ts。

。注意：二电容同时改变，测

量系统阶跃响应，并记录最大超调量

6、取R=100K，C=1?f，R1=100K，R2=50K测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录调节时

间ts 和超调量 ?p%的数值。

7、记录波形数据。（保存结果，打印图象）

四、实验报告

1、画出二阶系统的模拟电路图，并求参数 2、把不同

?、?n的表达式。

?和?n 条件下测量的?p%和ts值列表，根据测量结果得出相应结论。

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自动控制原理实验指导书 实验三 线性系统串联校正（设计性）

一．实验目的

1．熟悉串联校正装置对线性系统稳定性和动态特性的影响。 2．掌握串联校正装置的设计方法和参数调试技术。

二．实验内容

1．观测未校正系统的稳定性和动态特性。

2．按动态特性要求设计串联校正装置。

3．观测加串联校正装置后系统的稳定性和动态特性，并观测校正装置参数改变对系统性能的影响。 4．对线性系统串联校正进行计算机仿真研究，并对电路模拟与数字仿真结果进行比较研究。

三．实验步骤

1．利用实验设备，设计并连接一未加校正的二阶闭环系统的模拟电路，完成该系统的稳定性和动态特性观测。提示：

①设计并连接一未加校正的二阶闭环系统的模拟电路，可参阅本实验附录的图4.1.1和图4.1.2，利用实验箱上的U9、U11、U15和U8单元连成。

②通过对该系统阶跃响应的观察，来完成对其稳定性和动态特性的研究，如何利用实验设备观测阶跃特性的具体操作方法，可参阅实验一的实验步骤2。

2．参阅本实验的附录，按校正目标要求设计串联校正装置传递函数和模拟电路。

3．利用实验设备，设计并连接一加串联校正后的二阶闭环系统的模拟电路，完成该系统的稳定性和动态特性观测。提示：

①设计并连接一加串联校正后的二阶闭环系统的模拟电路，可参阅本实验附录的图4.4.4，利用实验箱上的U9、U14、U11、U15和U8单元连成

②通过对该系统阶跃响应的观察，来完成对其稳定性和动态特性的研究，如何利用实验设备观测阶跃特性的具体操作方法，可参阅“实验一”的实验步骤2。

4．改变串联校正装置的参数，对加校正后的二阶闭环系统进行调试，使其性能指标满足预定要求。提示： 5．利用上位机软件提供的软件仿真功能，完成线性系统串联校正的软件仿真研究，并对电路模拟与软件仿真结果进行比较研究。如何利用上位机软件提供的软件仿真功能，完成线性系统的软件仿真，其具体操作方法请参阅“实验一”的实验步骤3。

6．分析实验结果，完成实验报告。

实验参考

1．方块图和模拟电路

实验用未加校正二阶闭环系统的方块图和模拟电路，分别如图4.1.1和图4.1.2所示：

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自动控制原理实验指导书 R(s)E(s)C(s) 15s+1 0.2s0.5 图4.1.1 200k1uC 500kR1R r(t)200k-1uCR0 +200100k-+Rk-R- 200k+++c(t) +++ 图4.1.2 其开环传递函数为：G(s)?5250.2S(0.5S?1)?s(0.5s?1) 其闭环传递函数为： W(S)?G(s)50?2n1?G(s)?s2?2s?50?s2?2??2 ns??n式中 ?n?50?7.07，??1?n?0.141，

故未加校正时系统超调量为

M??1??2p?e??0.63?63%，

调节时间为 ts?4???4s，

n静态速度误差系数KV等于该I型系统的开环增益

Kv?25 1/s，

2．串联校正的目标

要求加串联校正装置后系统满足以下性能指标： （1）超调量Mp?25%

（2）调节时间（过渡过程时间）ts?1s

（3）校正后系统开环增益（静态速度误差系数）Kv?25 1/s

3．串联校正装置的时域设计

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