《实验二二阶系统地动态特性与稳定性分析报告.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验二二阶系统地动态特性与稳定性分析报告.doc（21页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、自动控制原理实验报告实验名称： 二阶系统的动态特性与稳定性分析班 级：姓 名：学 号：实验二 二阶系统的动态特性与稳定性分析一、实验目的1、 掌握二阶系统的电路模拟方法与其动态性能指标的测试技术过阻尼、临界阻尼、欠阻尼状态2、 分析二阶系统特征参量对系统动态性能的影响；3、 分析系统参数变化对系统稳定性的影响，加深理解“线性系统稳定性至于其结构和参数有关，与外作用无关的性质；4、 了解掌握典型三阶系统的稳定状态、临界稳定、不稳定状态；5、 学习二阶控制系统与其阶跃响应的Matlab仿真和simulink实现方法。二、实验内容1、 构成各二阶控制系统模拟电路，计算传递函数，明确各参数物理意义。2
2、、 用Matlab和simulink仿真，分析其阶跃响应动态性能，得出性能指标。3、 搭建典型二阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量、峰值时间tp以与调节时间ts，研究其参数变化对典型二阶系统动态性能和稳定性的影响；4、 搭建典型三阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量、峰值时间tp以与调节时间ts，研究其参数变化对典型三阶系统动态性能和稳定性的影响；5、 将软件仿真结果与模拟电路观测的结果做比拟。三、实验步骤1、 二阶系统的模拟电路实现原理将二阶系统： 可分解为一个比例环节，一个惯性环节和一个积分环节2、 研究特征参量对二阶系统性能的影响
3、将二阶系统固有频率保持不变，测试阻尼系数不同时系统的特性，搭建模拟电路，改变电阻R6可改变的值当R6=50K时，二阶系统阻尼系数当R6=100K时，二阶系统阻尼系数当R6=200K时，二阶系统阻尼系数1用Matlab软件仿真实现二阶系统的阶跃响应，计算超调量、峰值时间tp以与调节时间ts。当，时：clearg=tf(12.52,1 25*0.8 12.52),step(g)Transfer function:-超调量：=2%；当时g=tf(12.52,1 25*0.4 12.52),step(g)Transfer function:-超调量：=25%；当时g=tf(12.52,1 25*0.2
4、 12.52),step(g)Transfer function:-超调量：=52%；2在自控原理实验箱中搭建对应的二阶系统的模拟电路，输入阶跃信号，观测不同特征参量下输出阶跃响应曲线，并记录出现超调量超调量：=52%、峰值时间tp与调节时间ts3、研究特征参量对二阶系统性能的影响将二阶系统特征参量=0.4保持不变，测试固有频率不同时系统的特征，搭建模拟电路，理论计算结果如下：当R5=256K、R6=200K时，如此该二阶系统固有频率当R5=64K、R6=100K时，如此该二阶系统固有频率当R5=16K、R6=50K时，如此该二阶系统固有频率=251用Matlab软件仿真实现二阶系统的阶跃响应
5、，计算超调量、峰值时间tp以与调节时间ts。当时g=tf(6.252,1 12.5*0.4 6.252),step(g)Transfer function:-超调量：=25%；当时，g=tf(12.52,1 25*0.4 12.52),step(g)Transfer function:-超调量：=25%；g=tf(252,1 50*0.4 252),step(g)Transfer function: 625-s2 + 20 s + 625超调量：=25%；2在自控原理实验箱中搭建对应的二阶系统的模拟电路，输入阶跃信号，观测不同特征参量下输出阶跃响应曲线，并记录超调量、峰值时间tp与调节时间ts
6、4、研究典型三阶系统的响应曲线与稳定性R7=10K，开环增益K=50，三阶系统不稳定R7=125/3K，开环增益K=12，三阶系统临界稳定R7=100K，开环增益K=5，三阶系统稳定1用Matlab软件仿真实现三阶系统阶跃响应，验证其稳定性R7=10K，开环增益K=50g=tf(50,0.05 0.6 1 50)step(g)Transfer function: 50-0.05 s3 + 0.6 s2 + s + 50R7=125/3K，开环增益K=12g=tf(12,0.05 0.6 1 12),step(g)Transfer function: 12-0.05 s3 + 0.6 s2 +
7、s + 12R7=100K，开环增益K=5g=tf(5,0.05 0.6 1 5),step(g)Transfer function: 5-0.05 s3 + 0.6 s2 + s + 5阶跃响应曲线：(2)创建simulink仿真模型，分别取阶跃输入函数、斜坡输入函数，验证三阶系统稳定性能阶跃信号输入下：R7=10K，开环增益K=50仿真系统框图：阶跃响应曲线：R7=125/3K，开环增益K=12系统仿真框图：阶跃响应曲线：R7=100K，开环增益K=5系统仿真框图：阶跃响应曲线：斜坡信号输入下：R7=10K，开环增益K=50系统仿真框图：响应曲线：R7=125/3K，开环增益K=12系统仿
8、真框图：信号响应曲线：R7=100K，开环增益K=5系统仿真框图：信号响应曲线：3在自控原理实验箱中搭建对应的三阶系统的模拟电路，输入阶跃信号，观测不同参数下输出阶跃响应曲线，观测三界系统处于不稳定、临界稳定和稳定的三种状态时的波形并记录，求出稳定时出现的超调量、峰值时间tp与调节时间ts四、实验结果1、讨论系统特征参量变化时对系统动态性能的影响1在一定的条件下，随着减小，超调量增大；峰值时间tp减小，调节时间ts增加，震荡增强2在一定的条件下，随着增加，超调量不变；峰值时间tp减小，调节时间ts减小 2、根据二阶系统电路图中的参数利用软件计算下表的理论值，并与实测值比拟二阶系统特征参量值实测
9、阶跃响应曲线超调量峰值时间tp调节时间ts理论值实测值理论值实测值理论值实测值2%2.5%25%24%52%44%二阶系统特征参量值实测阶跃响应曲线超调量峰值时间tp调节时间ts理论值实测值理论值实测值理论值理论值=25%30%=25%21.5%=2525%22.5%3根据三阶系统系统电路图中的参数利用软件计算下表的理论值，并与实测值比拟三阶系统状态参数值K仿真阶跃响应曲线超调量峰值时间tp调节时间ts不稳定状态50临界稳定状态12100%稳定状态557%五、实验思考与总结1、在一定的条件下，随着减小，超调量增大；峰值时间tp减小，调节时间ts增加，震荡增强在一定的条件下，随着增加，超调量不变；峰值时间tp减小，调节时间ts减小 2、实验中最优二阶系统的条件为：=0.8，=253、实验中误差来源：元件本身误差，模/数转换误差
