自控实验报告

实验一典型系统的时域响应和稳定性分析、实验目的

(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分析；

(3)熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。

、实验设备

PC机一台，TD-ACC教学实验系统一套

三、实验原理及内容

1.典型的二阶系统稳定性分析

(1 )结构框图：如图1.2-1所示

(3 )理论分析

系统开环传递函数为

(2)对应的模拟电路图

(1)研究二阶系统的特征参量对过渡过程的影响;

+ D ；开环增益

(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，再将理论值应用与模拟电路中,

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。在此实验中

2.典型的三阶系统稳定性分析 (1 )结构框图

系统的特征方程为12($)〃］® ° f 缎+1當+ 205 + 20K 0。

(4 )实验内容

系统闭环传递函数为

其中自然振荡角频率

K

R ⑸

(3 )理论分析

系统的开环传递函数为

)

=>K =

(2)模拟电路图：如图 1.2-2所示。

(其中

实验前由Routh判断得Routh行列式为

20

12 20K

S10

20K

-^+20>0

20f >0

为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有

得041.7K Q 系统稳定

K=12 T R=41.7K Q系统临界稳定

K>12 T R<41.7K Q系统不稳定

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中的方波信号戒指输入端，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。

R=10K

|T 1 "T2|| ■11? 2"■■■ 253 rrtv

(3)分别按R=60K;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。

R=50K

R=160K

R=200K

7 .& fTHV

-

!---?-：—

—

L 一~n_

-亠一■ 一* —■__■—■-—-

-

|T1 -T2| - 234 4 ms |V1 -V2| - 25S.S mv

CHI 500mw4& CH2

[VI -V2| - amv

(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

R=30K

CHI： 1v4S CH2: 1v4S

(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。(略)

R=41.7K：

T; 2S4S CH1: CH2: 1v4®R=100K:

|TU2|-463^ms r/1-V2|-517.&mv

T: 2血CH1： 1v4S CH2： 1v4§

表1.2-3

五、实验现象分析与讨论

1.典型二阶系统瞬态性能指标实验参考测试值见表 1.2-2。

其中呦-/

丫* _ x

4

i

、：莎）一1“

2、典型三阶系统在不同开环增益下的响应情况实验参考测试值见表

1.2-4。

3、

注意：在做实验前一定要进行对象整定，否则将会导致理论值和实际测量值相差较大。 4、 由于实验箱上各元件不一定完全精确、测量误差等因素的存在导致实验数据与理想实验 结果有一定差距属正常现

象，并非实验失败。

= 1_5S2+3S + 1 = O=>^ =-0.422 = -1:578

实验二线性系统的根轨迹分析

「、实验目的

(1) 根据对象的开环传函，作出根轨迹图

(2) 掌握用根轨迹法分析系统的稳定性

(3) 通过实际实验，来验证根轨迹方法

二、实验设备

PC机一台，TD-ACC教学实验系统一套

三、实验原理及内容

1. 实验对象的结构框图：如图

2.1-1所示

jr

G(S) = ——

系统的开环增益为K=500K Q /R，开环传递函数为

3. 绘制根轨迹

(1)由开环传递函数分母多项式中最高阶次n=3,故根轨迹分支数为3。开环有三个极点:

(2 )实轴上的根轨迹

①起始于0、-1、-2，其中-2终止于无穷远处

②起始于0和-1的两条根轨迹在实轴上相遇后分离，分离点为

2.模拟电路构成：如图 2.1-2所示