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1、实验二典型环节的时域响应和稳定性分析一、实验目的1、研究二阶系统的特性参量4、wn）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。二、实验设备PC机一台、TD-ACC+ （或TD-ACS）实验系统一套三、实验原理和内容1.典型二阶系统稳定性分析(1)(1)结构框图：如图L 2-1所示。R(S) 图 1.2-1(2)对应的模拟电路图：如图1.2-2所示。图122(3)理论分析系统开环传递函数为:G=KiTSg + 1)SQiS + 1)开环增益:Ki K = T。（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
2、动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中，To = Is/ = 0,2s,Ki = 20。/ = K = 200/ 系统闭环传递函数为：,、欣KVIZ (S)=I S2 + 263rls + 0)2 S2 + 5S + K其中自然振荡角频率：K 10阻尼比:5 _ VW2a)n 40四、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 设置了锁零场效应管，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IV,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
3、-2接线，将1中的的方波信号接入输入端，取R=10K。(2)用示波器观察系统响应曲线C(t),观察并记录超调Mp、峰值时间”和调节时间必。(3)分别按R=20K； 40K； 100K；改变系统开环增益，观察响应曲线C(t)并记录性能指标 Mp、%和玄，及系统的稳定性，并将测量值和计算值进行比拟(实验前必须按公式计算出)。 将实验结果填入实验报告的表中。五、实验结果和分析总结1、典型二阶系统瞬态性能指标实验记录表1数 工程、R(KH)K3ngC (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011 过阻尼2001V5V5/2
4、无1无无3. 375单调 指数2、结果分析1开始没有认真看清楚本实验的步骤要求，分别按R=10K、50K、160K和200K,多测了上述 典型二阶系统瞬态性能指标实验记录表1的实验数据。直到做完实验四才发现之前实验二的数 据测错了，于是重新按照实验二连接电路图来重测实验数据，并将数据整理到典型二阶系统瞬 态性能指标实验记录表2o根据理论知识，分别得出了各实验数据的测量方法。其中峰值时间是通过游标来测量，测 量的响应曲线从零到峰值的时间；调整时间测量的是响应曲线到达并保持在稳态误差的时间。 最大超调量测的是峰值和稳态值之差，用百分数表示，测量方法是：（峰值-稳态值）/稳态值。3、典型二阶系统瞬态
5、性能指标实验记录表2工程、R(KQ)K3ngC (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0Cl 欠阻尼20107. 0710. 3541.305130.644.00. 4750. 6251.62.81衰 减 振 荡40550.51. 163116.331.60. 7260. 9681.62. 5310023. 1620. 7911.01711.7212. 941.6211.751.62.74、结果分析2本次实验由于第二次过于匆忙，可能实验过程中存在疏漏，线路图连接也许出错了，没有 认真校对实验数据的准确性，导致
6、本次实验数据与理论值出现较大的偏差，本应该重做该实验, 但因为安排原因没能开展第三次实验，本人应该检讨，所以最终保存原数据。第一次实验时, 虽然测量的数据不是要求的数据的，但是电路连接是没问题的，所以数据也是合理的，第二次 实验由于是重新连接的电路，电路的检查力度缺乏，并没有到达预期的实验效果。通过这次实验，我学会了典型二阶系统瞬态性能指标的测量和分析，通过公式编辑，加深 了对这些性能指标认识。实验前，二阶系统的性能指标在我脑海里只是抽象的文字和公式，实 验后，我才真正认识到他深处的内涵，原来他也可以是灵动的图像。在测量调整时间时，稳态 误差范围我没有找好，导致测量数据与理论值相差较大。R=20K时的超调量和调整时间（方波幅值为IV）：R=40K时的超调量和峰值时间（方波幅值为IV）：5、公式分析本实验主要用到以下计算公式。开环增益：200 K =自然振荡角频率：V10R6 =s4071713d3nd 1 - f 之47一 （ = 0.02）阻尼比：峰值时间：tp =调整时间：ts =最大超调量：Mp= e 100%瞬态误差：尸c(tp) = 1 + e