典型系统动态性能和稳定性分析
5-5稳定裕度和稳定性能分析
-1
0
1
临界稳定
相角裕度的含义：保持系统稳定的前提下，开环 频率特性允许增加的滞后相角。 幅值裕度的含义：保持系统稳定的前提下，开环 频率特性的幅值允许增加到的倍数。
j 1/h j
-1
ωx
b a
ω =∞
0
γ <0
1
ωc
-1 b 0 a
ωx
ω =∞
1
γ >0
ωc
1/h
ω =0
ω =0
γ >0 稳定系统 h > 1 ω < ω x c
转折频率：0.5 斜率： -40
-20 -40
L(ω)曲线 曲线
L(ω)
[-20] 40db [-40] 20db 0db 0.1 -20db --40db 0.5 1 2
40 (0.5s + 1) G ( s ) H (s ) = 1 s ( 2s + 1)( s + 1) 30
[-20] 10
20
25
30
K=6
Nyquist Diagram 0.5 0 -0.5 Imaginary Axis -1 -1.5 -2 -2.5 -3 -3 0 Amplitude 1.5 2 Step Response
1
0.5
-2
-1
0 Real Axis
1
2
3
0
5
10
15
20
25
30
35
Time (sec)
已知单位反馈系统开环传函如下，绘制闭 环系统的频率特性图：
11.7 G ( s) = s (1 + 0.05s )(1 + 0.1s )
华南农业大学自动控制实验三典型三阶系统动态性能和稳定性分析
题 目实验三 典型三阶系统动态性能和稳定性分析年级专业班级组别姓名（学号）日期实验三 典型三阶系统动态性能和稳定性分析一、实验目的1．学习和掌握三阶系统动态性能指标的测试方法。
2．观察不同参数下典型三阶系统的阶跃响应曲线。
3. 研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。
二、实验内容观测三阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
三、实验原理任何一个给定的线性控制系统，都可以分解为若干个典型环节的组合。
将每个典型环节的模拟电路按系统的方框图连接起来，就得到控制系统的模拟电路图。
典型三阶系统的结构图如图25所示：图25 典型三阶系统的结构图其开环传递函数为23()(1)(1)K G s S T s T s =++，其中1234K K KK T =，三阶系统的模拟电路如图26所示：题目实验三典型三阶系统动态性能和稳定性分析年级专业班级组别姓名（学号）日期图26三阶闭环系统模拟电路图模拟电路的各环节参数代入G(s)中，该电路的开环传递函数为：SSSKSSSKSG++=++=236.005.0)15.0)(11.0()(该电路的闭环传递函数为：KSSSKKSSSKS+++=+++=236.005.0)15.0)(11.0()(φ闭环系统的特征方程为：06.005.0,0)(123=+++⇒=+KSSSSG特征方程标准式：032213=+++aSaSaSa根据特征方程的系数，建立得Routh行列表为：6.005.06.06.0105.012331321131223KSKSKSSaSaaaaaSaaSaaS-⇒-为了保证系统稳定，劳斯表中的第一列的系数的符号都应相同，所以由ROUTH 稳定判据判断，得系统的临界稳定增益K=12。
⎪⎩⎪⎨⎧>>-6.005.06.0KK题目实验三典型三阶系统动态性能和稳定性分析年级专业班级组别姓名（学号）日期即：⎪⎩⎪⎨⎧<⇒>=⇒=Ω>⇒<<系统不稳定系统临界稳定系统稳定41.7KΩR12K41.7KΩR12K7.4112KKR三、实验步骤1、按照实验原理图接线，设计三阶系统的模拟电路2、改变RX的取值，利用上位机软件仿真功能，获取三阶系统各种工况阶跃响应曲线。
机械工程控制基础实验指导书
《机械工程控制基础》实验指导书青岛科技大学前言机械工程控制基础是针对过程装备与控制工程专业而开设的一门专业基础课，主要讲解自动控制原理的主要内容，是一门理论性较强的课程，为了帮助学生学好这门课，能够更好的理解理论知识，在课堂教学的基础上增加了该实验环节。
《机械工程控制基础》实验指导书共编写了4个实验，有实验一、典型环节模拟研究实验二、典型系统动态性能和稳定性分析实验三、控制系统的频率特性分析实验四、调节器参数对系统调节质量的影响《机械工程控制基础》实验指导书的编写主要依据“控制工程基础”教材的内容，结合本课程教学大纲的要求进行编写。
利用计算机和MATLAB程序完成实验。
注：1）每个实验的实验报告均由5部分组成，最后一部分“实验数据分析”或“思考题”必须写。
2）每个实验所记录的图形均需标出横轴和纵轴上的关键坐标点。
目录实验一典型环节模拟研究 (4)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验二典型系统动态性能和稳定性分析 (7)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验三控制系统的频率特性分析 (9)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验四调节器参数对系统调节质量的影响 (11)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求附录一：MATLAB6.5的使用 (13)实验一典型环节模拟研究一、实验目的1．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线2．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验要求1．观测并记录各种典型环节的阶跃响应曲线2．观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响，测试并记录相应的曲线三、实验原理1．惯性环节（一阶环节），如图1-1所示。
(a) 只观测输出曲线(b) 可观测输入、输出两条曲线图1-1 惯性环节原理图2．二阶环节，如图1-2所示。
或图1-2 二阶环节原理图3．积分环节，如图1-3所示。
典型系统动态性能和稳定分析
实验报告课程名称：实验项目：实验地点：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日典型系统动态性能和稳定性分析一·实验目的1学习和掌握动态性能指标的测试方法。
2研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。
二·实验要求1定性的影响。
2定性的影响。
1 2.1.1和图2.1.2设计U9、U15、U11和U82利34 2.2.1和图2.2.2设计并连接由一个U9、U15、U11、U10和U8连成5并测出其超调量和调节时间。
672、3与5、6参阅“实验一”的实验步骤2实验步骤7“实验一”的实验步骤3这里不再赘述。
1典型二阶系统典型二阶系统的方块结构图如图 2.1.1其开环传递函数为其闭环传递函数为其中取二阶系统的模拟电路如图2.1.2该系统的阶跃响应如图2.1.3Rx接U4单元的220K 电位器改变元件参数Rx 2.1.3a 2.1.3b 2.1.3c分别对应2典型三阶系统的方块结构图如图2.2.1其开环传递函数为其中取三阶系统的模拟电路如图2.2.2所示。
该系统开环传递函数为Rx的单位为K系统特征方程为系统稳定 0<K<12系统临界稳定 K=12系统不稳定 K>12根据K求取Rx。
这里的Rx可利用模拟电路单元的220K Rx即可改变K2而改变K该系统的阶跃响应如图2.2.3 a、2.2.3b 和2.2.3c稳定、临界稳定和稳定的三种情况。
实验数据记录：二阶欠阻尼二阶过阻尼振荡二阶临界阻尼振荡三阶稳定六、实验结果与分析。
典型系统动态性能和稳定性分析
典型系统动态性能和稳定性分析系统动态性能和稳定性是指在外部扰动下，系统的响应速度和稳态特性。
这是评估系统质量和优化系统设计的重要指标。
在典型系统设计中，系统通常被建模为一个传递函数，可以用来描述系统的输出响应，其输入是系统输入和一些可能存在的扰动。
传递函数常常是一个复杂的非线性方程，需要使用线性化技术进行分析。
系统动态性能和稳定性可以通过研究系统的极点和零点来评估。
极点是传递函数的根，它们对系统的稳定性和动态响应有很大的影响。
一个系统是稳定的，当且仅当其所有极点的实部都小于零。
如果系统有一个或多个极点实部为正，那么它是不稳定的，并且会发生震荡或失控的行为。
因此，一个良好的系统设计应确保其所有极点都在复平面的左半面。
另一方面，零点是传递函数的根，它们在系统的频率响应和零状态响应中起着重要作用。
零点是传递函数的一个参数，表示在某个频率下传递函数被抵消或消除。
零点分布的位置对于系统的稳定性和响应都有重要的影响。
如果系统有零点，它们会抵消或消除特定频率下的输入信号。
因此，一个良好的系统设计应该尽可能使其零点靠近频率对应的极点，以达到良好的过渡特性和稳态精度。
系统的动态性能和稳定性可以通过研究系统的传递函数和控制策略来优化。
传递函数中的极点和零点分布可以通过调整系统参数或控制器参数来影响。
此外，使用优化方法，如PID控制器优化或系统识别方法，也可以改善系统性能。
这些方法可以帮助设计人员分析和优化系统响应，并提高系统的稳定性和性能。
在实际应用中，为了确保系统响应的快速性和稳定性，设计人员还可以使用高级控制技术，如预测控制、自适应控制和模糊控制。
这些技术可以更精细地控制系统，并通过自适应和智能控制来改善系统性能。
总之，系统的动态性能和稳定性是系统质量的重要指标，设计人员可以通过研究系统的传递函数和控制策略，以及应用高级控制技术来优化系统性能，从而实现快速响应和精确控制。
中南大学典型系统时域响应及稳定性分析实验报告.doc
中南大学典型系统时域响应及稳定性分析实验报告典型试验系统的时域响应和稳定性分析1.目的要求1。
研究二阶系统的特征参数(ξ，ωn)对跃迁过程的影响。
2.研究二阶对象在三种阻尼比下的响应曲线和系统稳定性。
3.熟悉劳斯判据，用劳斯判据分析三阶系统的稳定性。
2.原则1简介。
典型二阶系统的稳定性分析(1)结构框图:如图所示。
(2)理论分析系统的开环传递函数为:开环增益2。
典型三阶系统的稳定性分析(1)结构框图:如图所示。
(2)理论分析系统的开环传递函数为:系统的特征方程为:三个，一台仪表电脑，TD-1.目的要求1。
研究二阶系统的特征参数(ξ，ωn)对跃迁过程的影响。
2.研究二阶对象在三种阻尼比下的响应曲线和系统稳定性。
3.熟悉劳斯判据，用劳斯判据分析三阶系统的稳定性。
2.原则1简介。
典型二阶系统的稳定性分析(1)结构框图:如图所示。
(2)理论分析系统的开环传递函数为:开环增益2。
典型三阶系统的稳定性分析(1)结构框图:如图所示。
(2)理论分析系统的开环传递函数为:系统的特征方程为:三、一台仪表微机，TD:首先计算临界阻尼、欠阻尼和过阻尼时电阻R的理论值，然后将理论值应用于模拟电路，观察二阶系统的动态性能和稳定性，这应与理论分析基本一致。
系统的闭环传递函数为:其中固有振荡角频率:阻尼比:2.典型三阶系统稳定性分析实验内容Routh行列式由Routh在实验前确定为:为了确保系统的稳定性，第一列中的值应该是正的，因此有实验步骤:1.用“短路块”缩短信号源单元的“ST”端脚和“S”端脚。
由于每个运算放大器单元配备有零锁定场效应晶体管，所以运算放大器具有零锁定功能。
将开关置于“方波”位置，分别调节调幅和调频电位器，使“输出”端的方波幅度输出为1V，周期约为10s。
2.典型二阶系统瞬态性能指标测试(1)根据模拟电路图1.2-系统闭环传递函数:其中固有振荡角频率:阻尼比:2.典型三阶系统稳定性分析实验内容Routh行列式由Routh在实验前确定为:为了确保系统的稳定性，第一列中的值应该是正的，因此有实验步骤:1.用“短路块”缩短信号源单元的“ST”端脚和“S”端脚。
液压系统的动态特性分析及优化研究
液压系统的动态特性分析及优化研究液压系统是一种广泛应用于机械工程领域的技术，它利用液体的力学性质传递能量。
在各种机械设备中，液压系统被广泛应用于传动、控制和操作等方面。
然而，液压系统的动态特性对其性能和稳定性有着重要的影响。
因此，深入研究和优化液压系统的动态特性是十分必要的。
一、液压系统的动态特性分析在液压系统中，流体的压力、流量、速度和位置等是液压系统的重要参数。
为了分析液压系统的动态特性，可以运用物理原理和数学模型。
对液压系统的动态特性进行建模和仿真分析，可以帮助我们理解系统的工作原理，推导出系统的数学表达式，并进行各种参数变化的仿真实验。
液压系统的动态特性分析主要包括以下几个方面：1. 流体的压力特性：液压系统中管路、阀门和缸体等元件的压力特性是决定系统稳定性和响应速度的重要因素。
通过建立压力平衡方程和流体流动方程，可以分析压力在液压系统中的传播规律和变化规律。
2. 流体的流量特性：液压系统中的流量是指单位时间内通过某一截面的流体体积。
流量特性不仅影响系统的响应速度和能量损失，还与流体泄漏、摩擦和杂质等因素密切相关。
通过研究流量的流动规律和流速的分布情况，可以优化液压系统的结构和减小能量损失。
3. 液压缸的运动特性：液压缸是液压系统中常见的执行元件，其运动特性对系统的响应速度和位置控制精度有着重要影响。
通过建立液压缸的运动微分方程，可以分析液压缸的加速度、速度和位移等参数的变化情况。
4. 阀门的控制特性：液压系统中的阀门起到控制和调节液压系统流体的作用。
阀门的控制特性主要包括开度、流量特性曲线和压力特性曲线等。
通过研究阀门的开启时机、工作时间和响应速度等参数，可以优化液压系统的控制效果和减小阀门的能量损失。
二、液压系统动态特性的优化研究液压系统的动态特性优化是为了改善系统的响应速度、减小能量损失和提高控制精度。
在对液压系统的动态特性进行分析的基础上，可以采取多种方法进行优化研究。
1. 结构优化：通过对液压系统的结构进行优化设计，可以减小能量损失、提高系统的响应速度和控制精度。
知识点2第一章第6节系统的特性和分析方法
知识点2第一章第6节系统的特性和分析方法在系统科学的研究中，对系统的特性和分析方法进行研究是十分重要的。
系统的特性和分析方法包括了系统的开放性、闭合性、动态性、稳定性、层级性、多样性、整体性等。
系统的特性主要包括：1.开放性：系统与其环境是相互作用、相互影响的。
系统能够从环境中获取输入信息，通过处理和转换这些信息，输出对环境产生影响的结果。
3.动态性：系统是不断变化和发展的，它具有发展的潜力、能力和趋势。
系统内部的要素和相互作用随时间的推移会发生变化，系统的状态也会随之变化。
4.稳定性：系统有一定的稳定状态，可以通过反馈机制自我调节和维持其稳定状态。
当系统内部的要素和相互作用保持稳定时，系统就具有稳定性。
5.层级性：系统具有层次结构，由多个子系统组成。
每个子系统都可以看作是一个更大系统的一部分，并可以进一步分解成更小的子系统。
层级结构使得系统的复杂性可以得到更好的管理和理解。
6.多样性：系统内的要素和相互作用是多样化的。
系统中的要素和相互作用可以包含不同的类型、状态、关系和特征，使得系统具有多样性。
7.整体性：系统是一个集合整体，整体的性质和行为不能简单通过各个要素的性质和行为之和来解释。
系统具有的整体性质和行为是由各个要素和相互作用共同决定的。
研究系统的特性时，需要运用一些分析方法来深入理解系统的结构和行为。
常用的系统分析方法包括：系统动力学、系统辨识、系统仿真、系统优化、系统灵敏度等。
系统动力学是研究系统结构、行为和动态变化规律的方法。
通过建立系统的动态方程，可以模拟和预测系统的行为和变化趋势。
系统辨识是通过观察和分析系统的输入输出数据，识别系统的结构和参数的方法。
通过辨识系统的模型，可以更好地理解和掌握系统的特性和行为。
系统仿真是通过建立系统的数学模型，运用计算机技术进行仿真实验，模拟和观察系统的行为和变化。
仿真可以帮助研究人员更全面地了解和分析系统，优化系统设计和运行。
系统优化是为了达到其中一种最优目标，通过调整系统的结构和参数，使系统的性能和效益最大化。
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典型系统动态性能和稳定性分析
一·实验目的
1学习和掌握动态性能指标的测试方法。
2研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。
二·实验要求
1观测二阶系统的阶跃响应测出其超调量和调节时间并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
2观测三阶系统的阶跃响应测出其超调量和调节时间并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
三·实验步骤
1熟悉实验箱利用实验箱上的模拟电路单元参考本实验附录中的图2.1.1和图2.1.2设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路如用U9、U15、U11和U8连成。
注意实验接线前必须对运放仔细调零。
接线时要注意对运放锁零的要求。
2利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性并测出其超调量和调节时间。
3改变该二阶系统模拟电路的参数观测参数对系统动态性能的影响。
4利用实验箱上的模拟电路单元参考本实验附录中的图2.2.1和图2.2.2设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路如用U9、U15、U11、U10和U8连成。
5利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性并测出其超调量和调节时间。
6改变该三阶系统模拟电路的参数观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。
7分析实验结果完成实验报告。
注意以上实验步骤中的2、3与5、6的具体操作方法请参阅“实验一”的实验步骤2实验步骤7的具体操作方法请参阅“实验一”的实验步骤3这里不再赘述。
附录
1典型二阶系统
典型二阶系统的方块结构图如图 2.1.1所示
其开环传递函数为
其闭环传递函数为其中
取二阶系统的模拟电路如图2.1.2所示该系统的阶跃响应如图2.1.3所示Rx接U4单元的220K电位器改变元件参数Rx大小研究不同参数特征下的时域响应。
2.1.3a 2.1.3b 2.1.3c 分别对应二阶系统在过阻尼临界阻尼欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线
2典型三阶系统
典型三阶系统的方块结构图如图2.2.1所示
其开环传递函数为其中取三阶系统的模拟电路如图2.2.2所示。
该系统开环传递函数为Rx的单位为K
系统特征方程为根据劳斯判据得到
系统稳定 0<K<12
系统临界稳定 K=12
系统不稳定 K>12
根据K求取Rx。
这里的Rx可利用模拟电路单元的220K电位器改变Rx即可改变K2从而改变K得到三种不同情况下的实验结果。
该系统的阶跃响应如图2.2.3 a、2.2.3b 和2.2.3c所示它们分别对应系统处于不
稳定、临界稳定和稳定的三种情况。
实验数据记录：
二阶欠阻尼
二阶过阻尼振荡
二阶临界阻尼振荡
三阶稳定
六、实验结果与分析
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