超高层建筑风致响应分析的时域方法比较研究
超高层建筑风致响应分析的时域方法比较研究Newmark-β方法以其其高效性和普适性广泛应用于各类结构动力学问题的
求解。自其提出之后，就吸引了许多研究者，许多文献关注该方法的应用及其精度和稳定性。Wilson-θ法采用了线性加速度假设，当θ足够大时Wilson-θ法是无条件稳定的。本文采用MATLAB语言作为计算机程序设计语言，分别用newmark方法和Wilson-θ方法等两种计算方法来计算结构动力响应，并从位移、速度、加速度和轨迹线方面对两种方法进行对比研究。
标签：Newmark-β方法；Wilson-θ法；结构动力响应；风致振动
1.概述
随着科学技术的发展，高层建筑不断涌现，其高度也越来越高，导致建筑物对风的敏感性也越来越明显，风荷载成为了高层建筑的控制荷载。目前，普遍采用的风振响应分析方法主要是时域法和频域法。时域法是直接运用风洞试验的风压时程或计算机模拟的风压时程，作用于屋面结构进行风振响应时程分析，然后通过动力计算得到结构的动力响应；频域法是用随机振动理论建立风荷载谱的特性与结构响应之间的直接关系。
时域法分析具有以下优点：时域法可以较精确地进行结构的非线性分析；时域法可直接处理和计算对象的系统结构和特性；时域法不必做结构的数学模型简化等大量工作，可以直接求出位移、速度以及加速度的响应值；；在缺乏实测或试验资料的情况下，各种简化计算方法可以和精确的时域方法进行比较验证。尽管时域分析方法原理比较复杂，计算量非常大，但随着计算机技术的不断发展，这个问题正在逐步得到解决。
本文将采用时域法对某超高层建筑进行风致响应分析。首先，通过风洞试验确定作用在结构上的风荷载，然后，通过时域动力响应计算得出结构的位移、速度和加速度响应；最后将Newmark-β方法计算的结果与Wilson-θ方法计算的结果进行分析比较。
2.风洞试验
2.1设备和流场
该项目风洞试验是在汕头大学风洞试验室的STDX-1风洞进行的，STDX-1是一座具有串置双试验段的全钢结构的闭口回流低速工业风洞，其中主试验段为20 m×3 m×2 m，采用刚性模型多点同步测压.该建筑模型用玻璃钢制作，几何缩尺比为1：500，试验模型如图1所示。风速连续可调，且流场性能良好。风洞试验时，气流是以稳定的风速吹响该建筑模型，并且在不同风向角试验工况下，其风向在测试过程中也是稳定的。根据该建筑所在位置以及周边环境，确定采用C类地貌进行试验。
控制系统时间响应分析”实验报告
控制系统时间响应分析”实验报告
实验一、“控制系统时间响应分析”实验报告 一、实验类型 验证性实验 二、实验目的 1、 求系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响应，熟悉系统时间响应的定义和图形曲线 2、 求系统的上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间等性能指标，熟悉系统瞬态性能指标的定义。 三、实验仪器与设备（或工具软件） 计算机，MATLAB 软件 四、实验内容、实验方法与步骤 已知系统传递函数 50 )1(05.050)(2+++=s s s G τ 1、求系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入 响应。 应用impulse 函数，可以得到τ=0，τ=0.0125、τ=0.025时系统单位脉冲响 应；应用step 函数，同样可以得到τ=0，τ=0.0125、τ=0.025时系统单位阶跃响应。 2、求系统的瞬态性能指标 五、实验结果 1、系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响 t=[0:0.01:0.8];%仿真时间区段 nG=[50]; tao=0; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G1=tf(nG,dG); tao=0.0125; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G2=tf(nG,dG); tao=0.025; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G3=tf(nG,dG);%三种τ值下，系统的传递函数模型 [y1,T]=impulse(G1,t);[y1a,T]=step(G1,t); [y2,T]=impulse(G2,t);[y2a,T]=step(G2,t);
自动控制实验一典型环节及其阶跃响应分析
广东工业大学实验报告 分数：实验题目典型环节及其阶跃响应分析 一、实验目的 1、掌握控制模拟实验的基本原理和一般办法。 2、掌握控制系统时域性指标的测量方法。 二、实验原理 1.模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可以进一步分析参数对系统性能的影响。 三、实验仪器 1、EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2、计算机一台 四、实验内容 1、比例环节 比例环节的模拟电路及其传递函数如下 当R2=200K时，其输出波形如下图：
由上图可得，实际K=2449/1029=2.37 理论值K=2 误差：y=|k`- k|/ k *100% =|2.37-2|/2*100% =18.5% 当R2=400K时，其输出波形如下图： 由上图可得，实际K=4389/1029=4.27 理论值K=4 误差：y=|k`- k|/ k *100% =|4.27-4|/4*100% =6.75% 数据分析：从图中可以看出，比例环节最大的特点就是时间响应快，一旦有输入信号，输出立即响应。且实际K存在一定误差，分析电路可知，误差是由R1、R2的实际值存在偏差而导致的，同时和放大器的结构参数也有关系。 2、惯性环节
惯性环节的模拟电路及其传递函数如下 G(S)=-K/TS+1 K=R2/R1 T=R2C 当C=1uF 时，其输出波形如下图： 由上图可得，实际T=0.076s 理论值T=0.1s 误差：η1=|T`- T|/ T *100% =|0.076-0.1|/0.1*100% =24% 当C=2uF 时，其输出波形如下图：
超高层建筑增量成本的分析报告.doc
超高层建筑增量成本的分析报告 一、超高层及高层建筑成本情况 （一）超高层建筑成本情况。以宜昌某国际广场为例，其基本情况为：框架筒体结构，建筑面积10.46万平米，占地面积14344平米，地上36层，地下3层，檐高165米，2006年9月竣工，集五星级酒店、中心剧院、购物中心、饮食天地、写字楼为一体，总投资6.8亿元（其中建安工程造价（不含精装修、设备、 如果结构为45层左右的（与环球中心类似）框架-核心筒结构，造价细目如下表所示。总体估计每平米造价在9000元左右
如果建造的不是写字楼，而是住宅或酒店，价格则更高，主要是因为每层的隔断墙的增加和排水系统的增加导致。下表展示了一个超高层酒店（40层，全部落地剪力墙结构）的建造成本（含装修） 其建造成本大致在13910 – 15655 元/平米，扣除装修费用后， 其建设费用为10310-11705元/平米，远超相似结构的写字楼造价。 （二）高层建筑成本情况。某市某高层酒店写字楼（100米以内）为例，其基本情况为：框架筒体结构，建筑面积27.8万平米，2010年10月竣工，建安工程造价5.59亿元（不含精装修、消防、弱电及设备），单方造价为2009.77元/平方米。
二、超高层建筑增量成本分析 （一）影响超高层建筑成本的主要因素 1、设置避难层（100米以上的建筑，一般每隔50米要设置一个避难层）； 2、供电系统：双电源+自备电源； 3、进户门要求为甲级防火门； 4、消防电梯要在3台或以上； 5、电梯必须要分层设计； 6、由于高处的湿度和风力情况较为复杂，在外墙材料、铝合金窗、玻璃等建筑材料的选择会格外严格，会较大程度的增加建筑成本； 7、超高层建筑设计复杂，项目设计和管理水平要求也较高，设计、工程顾问及监理费用会增加； 8、超高层建筑的消防要求极为严格，凡超过5平方米的房间均要设置火灾探测器； 9、超高层建筑的配套人防面积也较大。 （二）主要影响因素对建安成本的影响 2、以上述我市典型工程项目数据为基础，考虑到物价上涨因素，根据我市造价指数折算到目前建安工程造价（均不含精装修、室外附属工程、设备费）分别为：超高层建筑2667.30*1.175=3134.08元/平方米，高层建筑（在典型工程基础上增加消防及弱电工程费用，按200元/平方米计算） 2209.77*1.175/1.084=2395.27元/平方米。 三、增量成本初步分析结论 综合我市典型工程造价分析，结合其他省市统计资料，超高层建筑增量成本约为500～750元/平方米，增幅约20～30%。
第三章 系的时间响应分析
第三章 系统的时间响应 3-1 什么是时间响应？ 答：时间响应是指系统的 响应（输出）在时域上的表现形式或系统的动力学方程在一定初始条件下的解。 3.2 时间响应由哪两部分组成？各部分的定义是什么? 答：按分类的原则不同，时间响应有初始状态为零时，由系统的输入引起的响应;零输入响应，即系统的 输入为零时，由初始状态引起的响应。 按响应的性质分为强迫响应和自由响应。 对于稳定的系统，其时间响应又可分为瞬态响应和稳态响应。 3.3时间响应的瞬态响应反映哪方面的性能？而稳态响应反映哪方面的性能？ 答：瞬态响应反映了系统的稳定性和响应的快速性两方面的性能；稳态响应反映了系统响应的准确性。 3.4 设系统的单位脉冲响应函数如下,试求这些系统的传递函数. 1.25(1)()0.0125;t w t e -= (2)()510sin(44 w t t t =++）； );t -3(3)w(t)=0.1(1-e (4)()0.01w t t = 解：（1） 11()()()()()00 w t x t L X s L G s X s i --????===???? ()1X s i = (),()()G s G s L w t =???????? -1w(t)=L 所以，0.01251.251)()()0.0125 1.25 t G s L w t L e s -??===???? ??+??( (2)()()G s L w t =???? 5510sin(4)sin 4cos422L t t t s s = ++=++???????? 5452()2222161616 s s s s s s = ++=++++
典型环节及其阶跃响
自动控制原理实验 典型环节及其阶跃相应 .1 实验目的 1. 学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。 2. 学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。 3. 学习用Multisim 、MATLAB 仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。 .2 实验原理 典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强调典型环节的数学模型是对各种物理系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的是，在一定条件下， 典型模型的确定能在一定程度上忠实地描述那些元、部件物理过程的本质特征。 1.模拟典型环节是将运算放大器视为满足以下条件的理想放大器： (1) 输入阻抗为∞。流入运算放大器的电流为零，同时输出阻抗为零； (2) 电压增益为∞： (3) 通频带为∞： (4) 输入与输出之间呈线性特性： 2.实际模拟典型环节： (1) 实际运算放大器输出幅值受其电源限制是非线性的，实际运算放大器是有惯性的。 (2) 对比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和振荡环节，只要控制了输入量的大小或是输入量施加的时间的长短(对于积分或比例积分环节)，不使其输出工作在工作期间内达到饱和值，则非线性因素对上述环节特性的影响可以避免．但对模拟比例微分环节和微分环节的影响则无法避免，其模拟输出只能达到有限的最高饱和值。 (3) 实际运放有惯性，它对所有模拟惯性环节的暂态响应都有影响，但情况又有较大的不同。 3.各典型环节的模拟电路及传递函数 （1） 比例环节的模拟电路如图.1所示，及传递函数为： 1 2)(R R S G -=
.1 比例环节的模拟电路 2. 惯性环节的模拟电路如图.2所示，及传递函数为： 其中1 2R R K = T=R 2 C 图.2 惯性环节的模拟电路 3. 积分环节的模拟电路如图.3所示，其传递函数为： 1 11R /1/)(21212212+-=+-=+-=-=TS K CS R R R CS R CS R Z Z S G
典型环节及其阶跃响应
自动控制原理实验 典型环节及其阶跃相应 .1 实验目的 1. 学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。 2. 学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。 3. 学习用Multisim、MATLAB仿真软件对实验容中的电路进行仿真。 .2 实验原理 典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强调典型环节的数学模型是对各种物理系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的是，在一定条件下，典型模型的确定能在一定程度上忠实地描述那些元、部件物理过程的本质特征。 1.模拟典型环节是将运算放大器视为满足以下条件的理想放大器： (1) 输入阻抗为∞。流入运算放大器的电流为零，同时输出阻抗为零； (2) 电压增益为∞： (3) 通频带为∞： (4) 输入与输出之间呈线性特性： 2.实际模拟典型环节： (1) 实际运算放大器输出幅值受其电源限制是非线性的，实际运算放大器是有惯性的。 (2) 对比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和振荡环节，只要控制了输入量的大小或是输入量施加的时间的长短(对于积分或比例积分环节)，不使其输出工作在工作期间达到饱和值，则非线性因素对上述环节特性的影响可以避免．但对模拟比例微分环节和微
分环节的影响则无法避免，其模拟输出只能达到有限的最高饱和值。 (3) 实际运放有惯性，它对所有模拟惯性环节的暂态响应都有影响，但情况又有较大的不同。 3.各典型环节的模拟电路及传递函数 （1） 比例环节的模拟电路如图.1所示，及传递函数为： 1 2)(R R S G -= .1 比例环节的模拟电路 2. 惯性环节的模拟电路如图.2所示，及传递函数为： 其中1 2R R K = T=R 2C 1 11R /1/)(21212212+-=+-=+-=-=TS K CS R R R CS R CS R Z Z S G
自动控制原理实验-典型环节及其阶跃响应
大学学生实验报告 开课学院及实验室：实验中心 2013 年 11 月4日 学 院 机电 年级、专业、班 学号 实验课程名称 成绩 实验项目名称 典型环节及其阶跃响应 指导 教师 一、实验目的 二、实验原理(实验相关基础知识、理论) 三、实验过程原始记录(程序界面、代码、设计调试过程描述等) 四、实验结果及总结 一、实验目的 1．学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。 2．学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。 二、实验原理及电路图 (一) 用实验箱构成下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。 1．比例环节的模拟电路及其传递函数如图2-1。 图2－1 G(S)= －R 2 /R 1 2．惯性环节的模拟电路及其传递函数如图2-2。
图2－2 G(S)=－K/(TS+1) K=R 2 /R 1 , T=R 2 C 3．积分环节的模拟电路及其传递函数如图2-3。 图2－3 G(S)=－1/TS T=RC 4．微分环节的模拟电路及其传递函数如图2-4。
图2－4 G(S)=－RCS 5．比例+微分环节的模拟电路及其传递函数如图2-5。 图2－5 G(S)=－K(TS+1) K=R 2 /R 1 ,T=R 2 C 6．比例+积分环节的模拟电路及其传递函数如图2-6。 图2－6 G(S)=K(1+1/TS) K=R 2 /R 1 , T=R 2 C
实验截图 1.比例环节 2.惯性环节
3.积分环节 4.微分环节 5.比例+微分环节
高层建筑案例分析.
高层建筑案例分析—帕拉玛塔广场大厦分析自古以来，人类就有脱离地面，接近苍穹的渴望，在当今社会，用地愈加紧张，技术也愈加成熟，各种各样的高层建筑拔地而起，高层建筑不仅解决了很多如节地、拥挤及环保等城市问题，更成为各个国家及城市的地标性建筑，成为所在地区的“名片”，在一定意义上代表了该地区的形象定位及经济发展，因此，越来越多的高层、超高层建筑在城市中心耸立，他们往往位置险要、造型突出、视觉效果强烈，作为现代建筑技术的结晶，成为展示城市发展成就的有效手段。 高层建筑的发展得益于载客电梯的发展和使用，而其在世界范围内普遍发展起来是20世纪50年代，尤其是近三十年以来，由于一系列全新结构的出现及电子计算机等先进技术的应用，为高层、超高层建筑的出现创造了条件。高层建筑除先进的结构体系及轻质、高强材料以外，其内部诸如自动控制的一系列消防、报警、通讯、高速电梯及管理监测等系统，离不开计算机与电气化，因而它是二十世纪科学技术成就的体现。 目前，作为城市地标的高层建筑十分多见，担负着集办公、商业、居住等众多功能，它们大多是某一地区的综合体建筑，朝着智能化、多样化及绿色环保的方向发展，以下以澳大利亚帕拉玛塔广场大厦为例，解析当今高层建筑的发展现状。 澳大利亚帕拉玛塔，是西悉尼的市中心，为悉尼地区内第二重镇，澳大利亚第三大经济区，是澳目前发展最快的地区之一。随着西悉尼的崛起，被誉为“西部三热点心脏”之称的帕拉玛塔，成为了备受关
注的投资热点。帕市是澳大利亚历史上最古老的城市之一。 帕拉玛塔市举办了一个 比赛，要建造一栋商业高楼， 突出节能高效的设计理念。对 此，urban office architecture事务所设计了 以“城市上升”为主题的这一 建筑。 该建筑共有66层，集商业与办公为一体，是两个楼的结合体，楼的底部是融合在一起的，之后随着楼层的升高而分成两栋。以各自扭转的姿态向上延伸，在其中间以连廊相接，创造了大量的公共平台，姿态呈现出一种生动的流动感，富有韵律又不失节奏。 卡洛恩佐的纽约办公室已 经设想把这里建成公共领域，从 帕拉马塔广场延伸到北部。因 此，创造大量供行人共享的公共 活动区域成为设计的一大要点， 在人流量如此集中地广场区域 地带，需要解决人车共行的交通 拥堵问题，尤其是对于底部空间 的处理及契合绿色城市生活的 主题需要十分到位。
典型环节及其阶跃响应
典型环节及其阶跃响应 一、实验目的 1. 掌握控制系统模拟实验的基本原理和一般方法。 2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。 3. 加深典型环节的概念在系统建模、分析、研究中作用的认识。 4. 加深对模拟电路——传递函数——响应曲线的联系和理解。 二、实验仪器 1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理 1．模拟实验的基本原理 根据数学模型的相似原理，我们应用电子元件模拟工程系统中的典型环节，然后加入典型测试信号，测试环节的输出响应。反之，从实测的输出响应也可以求得未知环节的传递函数及其各个参数。 模拟典型环节传递函数的方法有两种：第一种方法，利用模拟装置中的运算部件，采用逐项积分法，进行适当的组合，构成典型环节传递函数模拟结构图；第二种方法将运算放大器与不同的输入网络、反馈网络组合，构成传递函数模拟线路图，这种方法可以称为复合网络法。本节介绍第二种方法。 采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络构成相应的模拟系统。将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 图1-1 模拟实验基本测量原理 模拟系统以运算放大器为核心元件，由不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种 典型环节，如图1-2所示。图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R、C构成。 基于图中A点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-2得：
1 21 0)(Z Z u u s G - =-= 由上式可求得由下列模拟电路组成典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。 2．一阶系统时域性能指标s r d t t t ,,的测量方法： 利用软件上的游标测量响应曲线上的值，带入公式算出一阶系统时域性能指标。 d t ：响应曲线第一次到达其终值∞ y 一半所需的时间。 r t ：响应曲线从终值∞y %10上升到终值∞ y % 90所需的时间。 s t ：响应曲线从0到达终值∞y 95%所需的时间。 3.实验线路与原理（注：输入加在反相端，输出信号与输入信号的相位相反） 1．比例环节 K R R Z Z s G -=- =- =1 21 2)( 比例环节的模拟电路及其响应曲线如图1-3。 K ——放大系数。K 是比例环节的特征量，它表示阶跃输入后，输出与输 入的比例关系，可以从响应曲线上求出。改变1R 或2R 的电阻值便可以改变比例 图1-2 运放的反馈连接 t K -1 图1-3 比例环节的模拟电路及其响应曲线
超过100米高层建筑核心筒设计实例分析
超过100米高层建筑核心筒设计实例分析 一、综述 现行建筑规范规定建筑高度超过100m的建筑属于超高层建筑。超高层建筑在节约城市用地，提升城市形象，推动社会投资，扩大商旅交流等方面有着特殊的作用和意义。被冠为集现代科技之大成，综合国力之象征，城市之标志。随着社会经济的高速发展和科学技术的不断创新，加上城市人口密度不断加大的特有国情，我国各大城市的超高层建筑有如雨后春笋，纷纷拔地而起，其高度和数量不断被刷新。 超高层建筑通常体型巨大，功能复杂，容纳人员众多，且主塔楼往往平面小，层数多，核心筒布置的合理与否直接关系到建筑的品质及使用率。在解决好至关重要的建筑结构和消防安全性的同时，解决好建筑内部的垂直交通及电梯配置（包括电梯台数、载客量、速度以及排列布置），有效地提高超高层建筑的运行效率和使用效率，是设计者们必须解决的重要课题。课题组把近年来公司参与设计的部分超高层建筑—深圳京基金融中心大厦（98层，439m高）、广州侨鑫珠江新城F1-1地块项目（45层，227.7m高）(以下简称侨鑫大厦)、广州嘉裕珠江新城F2-2 之一地块项目（46层，189.5m高）(以下简称嘉裕大厦)并将上海金茂大厦（88层，420.5m高）和上海环球金融中心（101层，492.5m高）等实例的核心筒及电梯设计进行综合分析成文，供本公司设计人员参考，以起抛砖引玉之效。 二、超高层建筑的心脏—核心筒设计 超高层建筑的核心筒由钢筋混凝土浇筑而成，集合了电梯井道、消防楼梯间和前室、机电设备机房、管道井及卫生间等服务性空间，核心筒的大小、位置和布局与建筑功能、建筑体型及平面形状等因素密切相关。 2.1深圳京基金融中心 位于深圳市蔡屋围深圳金融中心区的京基金融中心大厦共98层，高度为439m，功能甲级办公楼和白金五星级豪华酒店。1-72层为办公，筑面积约为17.6万㎡，；75-98层为酒店，建筑积约为4.6万㎡，在75层以的酒店部分设计有内部中庭，拥有客房289间客房围绕中庭环形布局，酒店接待大厅设于94层，其上为独具特色的鹅蛋形餐饮空间。大厦在18层及19层两层、37 层及38层两层、55层及56层两层、73层及74层、91层及92层设置了避难区及设备层，用敞开楼梯将18层及19层、37层及38层、55层及56层连接成两层敞开避难空间。
实验一、典型环节及阶跃响应
实验一、典型环节及其阶跃响应 一、实验目的 1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。 2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。 二、实验设备 1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理 1．模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 2．时域性能指标的测量方法： 超调量ó %： 1)启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2)检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击按 钮，出 现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表 示通信 正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续 进行实验。 3)连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1 输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 4)在实验项目的下拉列表中选择实验一[典型环节及其阶跃响应] 。 5)鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框 中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结 果。 6)用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调 量：
%100%max ?-=∞ ∞Y Y Y σ T P 与T S ： 利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到T P 与T S 。 四、实验内容 构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 1. 比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。 G （S ）= -R2/R1 2. 惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。 G （S ）= - K/TS+1 K=R2/R1，T=R2C 3. 积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。 G （S ）=1/TS T=RC 4. 微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。 G （S ）= - RCS 5.例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5（未标明的C=0.01uf ）。 G （S ）= -K （TS+1） K=R2/R1，T=R2C
典型环节与及其阶跃响应
实验一: 典型环节与及其阶跃响应 一、实验目的 1、掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。 2、掌握控制系统时域性能指标的测量方法。 二、实验仪器 1、EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台 2、计算机一台 三、实验原理 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输 入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起 来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测 量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数， 还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 四、实验内容 构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应 1、比例环节的模拟电路及其传递函数 G（S）= ?R2/R1
2、惯性环节的模拟电路及其传递函数 G（S）= ?K/TS+1 K=R2/R1 T=R2C 3、积分环节的模拟电路及传递函数 G（S）=1/TS T=RC 4、微分环节的模拟电路及传递函数 G（S）= ?RCS 5、比例+微分环节的模拟电路及传递函数 G（S）= ?K（TS+1） K=R2/R1 T=R1C 五、实验结果及分析 （注：图中黄色为输入曲线、紫色为输出曲线）1、比例环节 （1）模拟电路图：
（2）响应曲线： 2、惯性环节 （1）模拟电路图：
（2）响应曲线： （3）传递函数计算： 实验值：X1=1029ms=1.029s=4T T=0.257s K=Y2/1000=2.017 G(S)=-2.017/(0.257S+1) 理论值：G（S）=-2/(0.2S+1) 结论：实验值与理论值相近。 3、积分环节 （1）模拟电路图：
第三章 时域响应
第三章线性系统的时域分析法 线性系统的时域分析法 本章主要内容： 时域分析的提法（概念，时域性能指标） 一阶系统的分析（稳定性分析稳态分析动态分析） 二阶系统的分析（稳定性分析稳态分析动态分析） 控制系统的一般分析（稳定性分析稳态分析动态分析） 3.1 时域分析的提法 3.1.1 时域分析的基本思想 时域分析法是控制系统常用的一种分析方法。该方法直观，容易理解。 3.1.2 时域分析问题的提法 时域分析问题是指在时间域内对系统的性能进行分析，是通过系统在典型信号作用下的时域响应，来建立系统的结构、参数与系统的性能的定量关系。 稳定稳定性能 系统的分析包括三个方面：稳态稳态性能 动态动态性能
线性控制系统稳定性的定义：若线性控制系统在初始扰动的影响下，其过渡过程随着时间的推移逐渐衰减并趋向于零，则称该系统为渐近稳定，简称稳定。反之，若在初始扰动的影响下，系统的过渡过程随时间的推移而发散，则称该系统为不稳定。 在时域分析法中，控制系统的稳态性能是指：时间t趋于无穷大时，系统输出的状态，称为系统的的稳态响应。 反映系统动态过程的性能称为系统的动态性能。描述系统动态性能的指标称为动态指标。 3.1.3 系统的时域响应 ?系统的数学模型是微分方程描述时 ?系统的数学模型是传递函数描 ?当系统的数学模型是别的形式是，可转化为上面两种形式求解。上面的两种形式是时域分析中常用的形式。 3.1.4性能指标的时域描述（性能指标，性能指标的定量化） 3.1. 4.1 稳定性描述 控制系统的稳定性，是控制系统能正常工作的必要条件
控制系统在实际工况中，总会受到内部和外界一部分因素的扰动。例如负载或能源的波动、系统参数的的变化、环境条件的改变等。对于不稳定的系统，当其受到这些扰动，即使这些扰动很弱，持续时间很短，照样会使系统中的各物理量偏离其原来的平衡点，并随时间的增加而发散，以至在扰动消失后，系统也不会再恢复到原来的工作点，显然不稳定系统是无法工作的。 为了使控制系统受到扰动后仍能稳定工作，需要分析并找出保证系统稳定工作的条件。（这本身是系统分析的一个重要稳态） 例子：摆的平衡点（稳定的平衡点、不稳定的平衡点、稳定区域） 单摆和小球运动的这种稳定概念，可以推广于控制系统。假如系统具有一个平衡的稳定工作状态，如果系统受到有界扰动偏离了原平衡状态，无论扰动引起的偏差有多大，当扰动消除后，看系统是否能回到原来的平衡状态，若能，则认为系统是稳定的，否则系统是不稳定的。 在分析线性系统稳定性时，我们关心的是系统运动的稳定性，即系统方程在不受任何外界输入下，方程的解在时的渐近行为。或者系统在某一给定输入下，按一种方式运动，不受干扰的影响，既便有些偏离运动状态，当干扰消除后，终能回到原运动状态。在数学上，这种性质表现为系统微分方程的齐次解，其通解称为微分方程的一个运动。 平衡点的稳定与运动状态的稳定严格的的说是有区别的，但可以证明，在线性系统中，它们是等价的。 线性系统稳定性的定义，常采用俄国学者李亚普诺夫在1892年给的定义。线性控制系统稳定性的定义： 若线性控制系统在初始扰动的影响下，其过渡过程随着时间的推移逐渐 衰减并趋向于零，则称该系统为渐近稳定，简称稳定。反之，若在初始扰动 的影响下，系统的过渡过程随时间的推移而发散，则称该系统为不稳定。
实验报告1典型环节及其阶跃响应分析
实验一典型环节及其阶跃响应分析 一、实验目的 1、掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。 2、掌握控制系统时域性能指标的测量方法。 二、实验仪器 1、EL-AT-Ⅱ型自动控制系统试验箱一台 2、计算机一台 三、实验原理 1．模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 四、实验内容 1、用运算放大器构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节 和比例积分微分环节。 2、在阶跃输入信号作用下，记录各环节的输出波形，写出输入输出之间的时域数学关 系。 3、在运算放大器上实现各环节的参数变化。 五、实验步骤 六、实验步骤 1. 启动计算机，在桌面“信号、自控文件夹”中双击图 标，运行软件。 2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使 通信正常后才可以继续进行实验。 3. 连接典型环节的模拟电路,电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输 出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 4. 在实验项目的下拉列表中选择[一、典型环节及其阶跃响应] ,鼠标单击按 钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数 后用鼠标单击确定，等待屏幕的显示区显示实验结果. 5. 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据,记录波形及数 七、实验结果 1、比例环节 K=2
高层建筑案例分析
高层建筑案例分析
高层建筑案例分析—帕拉玛塔广场大厦分析自古以来，人类就有脱离地面，接近苍穹的渴望，在当今社会，用地愈加紧张，技术也愈加成熟，各种各样的高层建筑拔地而起，高层建筑不仅解决了很多如节地、拥挤及环保等城市问题，更成为各个国家及城市的地标性建筑，成为所在地区的“名片”，在一定意义上代表了该地区的形象定位及经济发展，因此，越来越多的高层、超高层建筑在城市中心耸立，他们往往位置险要、造型突出、视觉效果强烈，作为现代建筑技术的结晶，成为展示城市发展成就的有效手段。 高层建筑的发展得益于载客电梯的发展和使用，而其在世界范围内普遍发展起来是20世纪50年代，尤其是近三十年以来，由于一系列全新结构的出现及电子计算机等先进技术的应用，为高层、超高层建筑的出现创造了条件。高层建筑除先进的结构体系及轻质、高强材料以外，其内部诸如自动控制的一系列消防、报警、通讯、高速电梯及管理监测等系统，离不开计算机与电气化，因而它是二十世纪科学技术成就的体现。 目前，作为城市地标的高层建筑十分多见，担负着集办公、商业、居住等众多功能，它们大多是某一地区的综合体建筑，朝着智能化、多样化及绿色环保的方向发展，以下以澳大利亚帕拉玛塔广场大厦为例，解析当今高层建筑的发展现状。 澳大利亚帕拉玛塔，是西悉尼的市中心，为悉尼地区内第二重镇，澳大利亚第三大经济区，是澳目前发展最快的地区之一。随着西悉尼的崛起，被誉为“西部三热点心脏”之称的帕拉玛塔，成为了备受关
注的投资热点。帕市是澳大利亚历史上最古老的城市之一。 帕拉玛塔市举办了一个 比赛，要建造一栋商业高楼， 突出节能高效的设计理念。对 此，urban office architecture事务所设计了 以“城市上升”为主题的这一 建筑。 该建筑共有66层，集商业与办公为一体，是两个楼的结合体，楼的底部是融合在一起的，之后随着楼层的升高而分成两栋。以各自扭转的姿态向上延伸，在其中间以连廊相接，创造了大量的公共平台，姿态呈现出一种生动的流动感，富有韵律又不失节奏。 卡洛恩佐的纽约办公室已 经设想把这里建成公共领域，从 帕拉马塔广场延伸到北部。因 此，创造大量供行人共享的公共 活动区域成为设计的一大要点， 在人流量如此集中地广场区域 地带，需要解决人车共行的交通 拥堵问题，尤其是对于底部空间 的处理及契合绿色城市生活的 主题需要十分到位。
典型环节的单位阶跃响应
实验二 典型环节的单位阶跃响应 一、实验目的 1、根据对象的单位阶跃响应特性，掌握和深刻理解几种典型环节的特性以及它们特性参数的含义。 2、研究对象传递函数的零极点对系统动态特性的影响。 3、学习Matlab 的基本用法 ――求取阶跃响应、脉冲响应(step, impulse) ――基本做图方法(hold, plot) 二、实验内容 1、比例环节 求取K s G )(在不同比例系数K 下的单位阶跃响应，说明比例系数对系统动态过程的影响。 0.10.20.30.40.50.60.70.80.91 G(s)=K,在不同比例系数K 下的单位阶跃响应 Time (sec) A m p l i t u d e 由上图可以看出： 因为G （s ）=K ，所以被控对象是一个单纯的比例系统。随着K 的增加，系统的终值是输入信号的K 倍。 2、一阶惯性环节
（1） 求取1 )(+= Ts K s G 的单位阶跃响应，其中放大倍数K =２，时间常数T =２。 1)(+= Ts K s G 的单位阶跃响应如下图： 0.20.40.60.811.2 1.41.61.82G(s)=2/(2s+1)的单位阶跃响应 Time (sec) A m p l i t u d e
（2） 求取1 22 )(+= s s G 的单位脉冲响应，可否用step 命令求取它的脉冲响应？ 122 )(+= s s G 的单位脉冲响应如下图： 0.10.20.30.40.50.6 0.70.80.91G(s)=2/(2s+1)的单位m 脉冲响应 Time (sec) A m p l i t u d e 把传递函数乘以s 再求其单位阶跃响应，就可获得乘s 前的传递函数的脉冲响应。如下图： 0.10.20.30.40.50.6 0.70.80.91G(s)=2*s/(2s+1)的单位m 阶跃响应 Tim e (sec) A m p l i t u d e
自动控制原理实验典型环节及其阶跃响应,二阶系统阶跃
实验一、典型环节及其阶跃响应 实验目的 1、学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。 2、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。 实验内容 构成下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。 比例环节的模拟电路及其传递函数示图2-1。 G(S)=-R2/R1 惯性环节的模拟电路及其传递函数示图2-2。 G(S)=-K/TS+1 K=R2/R1 ,T=R2*C 积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-3。 G(S)=1/TS T=RC 微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-4。 G(S)=-RCS 比例加微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-5。 G(S)=-K(TS+1) K=R2/R1 T=R2C 比例加积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-6。 G(S)=K(1+1/TS) K=R2/R1,T=R2C 软件使用 1、打开实验课题菜单，选中实验课题。
2、在课题参数窗口中，填写相应AD，DA或其它参数。 3、选确认键执行实验操作，选取消键重新设置参数。 实验步骤 1、连接被测量典型环节的模拟电路及D/A、A/D连接，检查无误后接通电源。 2、启动应用程序，设置T和N。参考值：T=0.05秒,N=200。 3、观测计算机屏幕示出的响应曲线及数据记录波形及数据(由实验报告确定)。 实验报告 1、画出惯性环节、积分环节、比例加微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所有记录的惯性环节 、积分环节、比例加微分环节的响应曲线。 2、由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。 实验二二阶系统阶跃响应 一、实验目的 1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频ωn 对系统动态性能的影响，定量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调节时间 ts 之间的关系。 2、进一步学习实验仪器的使用方法。 3、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。 二、实验原理及电路 典型二阶系统的闭环传递函数为
实验一典型环节及其阶跃响应一、实验目的1掌握控制模拟实验的基本
实验一典型环节及其阶跃响应一、实验目的 1 掌握控制 模拟实验的基本 1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。 2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。 1． EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 1．模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同 的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环 节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利 用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。 若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 2．时域性能指标的测量方法： 超调量ó %： 1) 启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2) 测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 3) 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 4) 在实验
课题下拉菜单中选择实验一[典型环节及其阶跃响应] 。 5) 鼠标单击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设置窗口中设置相应的实验参 数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。 6) 用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量： Y - YMAX ? ó %=——————×100% Y ? T与T： PS 利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到T与T。 PS 构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 1. 比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。 G（S）= ,R2/R1 2. 惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。 G（S）= , K/TS+1 K=R2/R1，T=R2C
高层建筑案例分析——马赛公寓
高层建筑案例分析 ——马赛公寓 姓名：陈彬 勒·柯布西耶是我最喜欢的建筑设计师之一，他是开创现代主义建筑的鼻祖，是20世纪最建筑师重要的建筑师之一，也是现代建筑运动的激进分子和主将，他所设计的建筑很多都举世闻名，当然，也包括今天我要分析的马赛公寓。 勒·柯布西耶认为在现代条件下，城市既可以保持人口的高密度，有可以形成安静卫生的环境。他的理想的现代城市就是中心区有巨大的摩天大楼，外围是高层的楼房，楼房之间有大片的绿地，现在化的整齐的道路网布置在不同标高的平面上，人们生活在“居住单位”中。设计者称之为“居住单元盒子”,大楼用钢筋混凝土建造，通过支柱层支撑在3.5x2.47英亩面积的花园，这种做法是受一种古代瑞士住 宅—小棚屋通过支柱落在水上的启发，主要 立面朝东和西向，架空层用来停车和通风。 而马赛公寓就是在这种理念下应运而生的。 1马赛公寓坐落于坐落于法国马赛boulevard Michelet 13000 Marseille。自1946年开始设 计，1952年完工。是一座举世瞩目的超级公寓住 宅。左图为马赛公寓的卫星图，我们可以看到建 筑周围绿树环绕，周围景观设计的简单明了。可 以说环境十分宜人。下面我们从各个方面具体分 析其具体组成。 基本资料 马赛公寓一座大型的居住公寓建筑，长165米，宽24米，高56米，18层，其中底层架空，顶层设幼儿园，屋顶为公共活动平台，设有儿童游戏场，小型游泳池以及成人健身房等； 7、8层为公共服务，设商店、餐馆、洗衣房及旅店等服务设施。其余层为居住层，户型多为跃层布置，起居室通高，最大限度接纳阳光；每3层设一中央公共走道。大楼可容377户1500-1700人居住，是为缓解二战后欧洲房屋紧缺的状况而设计的新型密集型住宅。 建筑外观 马赛公寓还设有电梯厅和管理员房间。突破了承重结构的限制，从单身住户到8个孩子的家庭，室内楼梯将两层空间连成一体,起居厅两层通高，达到4.8米高，3.66x4.80米大块玻璃窗满足了观景的开阔视野，大楼的7、8层是商店和公用设施，商店和公用设施，包括面包房，副食品店，餐馆，酒店，药房，洗衣房，理发室，邮电所和旅馆。满足居民的各种需求，幼儿园和托儿所设在顶层，通过坡道可到达屋顶花园。在第17层设有幼儿园和托儿所，屋顶上设有小游泳池、儿童游戏场地、一个200米长的跑道，健身房、日光浴室，还有一些服务设施——被勒·柯布西耶称为“室外家具”，如混凝土桌子、人造小山、花架、通风井、室
最新第三章系统的时间响应分析机械工程控制基础教案教学文案
Chp.3时间响应分析 基本要求 (1) 了解系统时间响应的组成；初步掌握系统特征根的实部和虚部对系统自由响应项的 影响情况，掌握系统稳定性与特征根实部之间的关系。 (2 ) 了解控制系统时间响应分析中的常用的典型输入信号及其特点。 (3) 掌握一阶系统的定义和基本参数，能够求解一阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响 应及单位斜坡响应；掌握一阶系统时间响应曲线的基本形状及意义。掌握线性系统中，存在微分关系的输入，其输出也存在微分关系的基本结论。 (4) 掌握二阶系统的定义和基本参数；掌握二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应 曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；掌握二阶系统性能指标的定义 及其与系统特征参数之间的关系。 (5) 了解主导极点的定义及作用； (6) 掌握系统误差的定义，掌握系统误差与系统偏差的关系，掌握误差及稳态误差的求 法；能够分析系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。 (7) 了解单位脉冲响应函数与系统传递函数之间的关系。 重点与难点 重点 (1) 系统稳定性与特征根实部的关系。 (2) 一阶系统的定义和基本参数，一阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应曲线的基本形状及意义。 (3) 二阶系统的定义和基本参数；二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的 基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统 特征参数之间的关系。 (4) 系统误差的定义，系统误差与系统偏差的关系，误差及稳态误差的求法；系统的输 入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。 难点 (1) 二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻 尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。 (2) 系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。 建立数学模型后进一步分析、计算和研究控制系统所具有的各种性能。 时域分析法利用L变换对系统数学模型求解，可以导出各种时域性能指标。 §1 时间响应及组成 1、响应：古典控制理论中响应即输出，一般都能测量观察到；现代控制理论中，状 态变量不一定都能观察到。能直接观察到的响应叫输出。 2、时间响应：系统在输入信号作用下，其输出随时间变化的规律。 若系统稳定，时间响应由瞬态响应和稳态响应组成。