实 验 报 告
系 姓名 预定时间
实验名称 典型系统的时域响应和稳定性分析
信息院
专业 学号 实验时间
班 授课老师 实验台号
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、原理简述 1．典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：如图所示。 (2) 理论分析 系统开环传递函数为： 开环增益 2．典型的三阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：如图所示。 精品 . (2) 理论分析 系统开环传递函数为： 系统的特征方程为: 三、仪器设备 PC 机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)教学实验系统一套。 四、线路示图 1．典型的二阶系统稳定性分析 2．典型的三阶系统稳定性分析 精品
. 五、内容步骤 1．典型的二阶系统稳定性分析 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。 系统闭环传递函数为： 其中自然振荡角频率： 阻尼比： 2．典型的三阶系统稳定性分析 实验内容 实验前由Routh 判断得Routh 行列式为： 为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有 精品
. 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算出)。将实验结果填入表1.2-1 中。表1.2-2 中已填入了一组参考测量值，供参照。 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1.2-3 中。表1.2-4 中已填入了一组参考测量值，供参照。 六、数据处理 典型的二阶系统稳定性分析波形 （1）R=10k时波形图 精品
. （2）R=50k时波形图 （3）R=160k时波形图 （4）R=200k时波形图 精品
. 典型的三阶系统稳定性分析波形 （1）R=30K时波形图 （2）R=47.1K时波形图 （3）R=100K时波形图 精品
. 七、分析讨论 1、 典型二阶系统瞬态性能指标实验测试值 2、典型三阶系统在不同开环增益下的响应情况实验测试值 经过这次实验，我觉得我不仅更加深刻了解了TD-ACC+实验系统的使用，也收获了课堂上所得不到的知识，对系统的时域响应和稳定性有了更进一步的理解。的确，亲自动手实验能使自己受益匪浅。首先，在试验系统的使用中，熟练利用虚拟仪器，调整输出的方波是非常的方便的。通过对实验所得波形与数据的分析，我总结了一下几点： （1） 通过调整系统的参数可改变系统阻尼系数，从而改变系统动态性能。 （2） 当阻尼系数小于1为欠阻尼，阻尼系数越小，系统超调越大，峰值时间越小，调整时间越大。 精品
. （3） 当阻尼系数等于1为临界阻尼，无超调，调整时间最小。 （4） 当阻尼系数大于1为过阻尼，阻尼越大，响应越慢，调整时间越大。 总而言之，通过这次自动控制的实验，加深了我对典型系统的时域响应和稳定性分析的理解，能更清楚明白的分析二阶和三阶系统，为之后的学习打下了好的基础。同时也加强了我们的动手能力，发现问题与解决问题的能力以及独立思考的能力。
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