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线性定常系统的瞬态响应

线性定常系统的瞬态响应. 一、试验目的. 1 ．掌握线性定常系统动态性能指标的测试方法；. 2 ．研究线性定常系统的参数对其动态性能和稳定性的影响。. 二、实验设备. 1 ．控制理论及计算机控制技术实验平台 2 ． PC 机 1 台 ( 含上位机软件 ) 37 针通信线 1 根 3 ．双踪慢扫描示波器 1 台. 线性定常系统的瞬态响应. 三、实验内容. 1 ．观测二阶系统的阶跃响应，并测出其超调量和调整时间；. 2 ．调节二阶系统的开环增益 K ，根据设定的系统阻尼比 ζ ，测出此时系统的超调量和调整时间.

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线性定常系统的瞬态响应

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Presentation Transcript

  1. 线性定常系统的瞬态响应 一、试验目的 1．掌握线性定常系统动态性能指标的测试方法； 2．研究线性定常系统的参数对其动态性能和稳定性的影响。 二、实验设备 1．控制理论及计算机控制技术实验平台 2．PC机1台(含上位机软件) 37针通信线1根 3．双踪慢扫描示波器1台

  2. 线性定常系统的瞬态响应 三、实验内容 1．观测二阶系统的阶跃响应，并测出其超调量和调整时间； 2．调节二阶系统的开环增益K，根据设定的系统阻尼比ζ，测出此时系统的超调量和调整时间 3．研究三阶系统的开环增益K，或一个惯性环节的时间常数T的变化对系统动态性能的影响； 4．由实验确定三阶系统稳定的临界K值。

  3. 线性定常系统的瞬态响应 四、实验原理 二阶系统闭环传递函数写如下的标准形式： ζ－系统的阻尼比，－系统的无阻尼自然频率。任何系统的二阶系统都可以化为上述的标准形式。对于不同的系统，他们的ζ和所包含的内容也是不同的。 调节系统的开环增益K，可使系统的阻尼比分别为：0<ζ<1，ζ＝1和ζ>1三种，分别对应欠阻尼、临界阻尼和过阻尼。

  4. 线性定常系统的瞬态响应 三阶系统的开环传递函数是由两个惯性环节和一个积分环节相串连组成。由控制理论中的劳斯判据可知，调节系统的开环增益K和某一个惯性环节的时间常数T，都会导致系统的稳态性能的明显变化。 五、实验步骤 1．利用实验平台上的模拟电路单元,设计一个由积分环节和一个惯性环节相串联组成的二阶闭环系统的模拟电路。 2.利用示波器观测二阶模拟电路的阶跃响应特性，并测出其超调量和调整时间。 3．改变二阶系统模拟电路的开环增益K，观测当阻尼比为不同值时系统的动态性能。

  5. 线性定常系统的瞬态响应 4．利用实验平台上模拟电路单元,设计一个由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。 5．利用示波器观测三阶模拟电路的阶跃响应特性，并测出其超调量和调整时间。 6．改变三阶系统模拟电路的开环增益K，观测增益K的变化对系统动态性能和稳定性的影响。 六、实验报告要求 1．作出二阶和三阶线性定常系统的实验电路图，写出它们的闭环传递函数，并标明电路中的各参数。 2．根据测得的系统单位阶跃响应曲线，分析开环增益K和时间常数T对系统动态特性及稳定性的影响。

  6. 线性定常系统的瞬态响应 七、实验思考题 1．为什么本实验中二阶及三阶系统对阶跃输入信号的稳态误差都为零？ 2．三阶系统中，为使系统能稳定工作，开环增益K应适量取大还是取小？系统中的小惯性环节和大惯性环节哪个对系统稳定性的影响大，为什么；

  7. 线性系统稳态误差的研究 一、试验目的 1．了解不同典型输入信号对于同一个系统所产生的稳态误差； 2．了解一个典型输入信号对不同类型系统所产生的稳态误差； 3．研究系统的开环增益K对稳态误差的影响； 二、实验设备 1．控制理论及计算机控制技术实验平台 2．PC机1台(含上位机软件) 37针通信线1根 3．双踪慢扫描示波器1台

  8. 线性系统稳态误差的研究 三、实验内容 1．设计0型二阶系统的电路系统，观测其单位阶跃和斜坡响应，并测出它们的稳态误差。 2．设计Ⅰ型二阶系统的电路系统，观测其单位阶跃和斜坡响应，并测出它们的稳态误差。 3．设计Ⅱ型二阶系统的电路系统，观测其单位斜坡和抛物线响应，并测出它们的稳态误差。

  9. 线性系统稳态误差的研究 四、实验原理 控制系统的方框图如右： 该系统的误差为E(S)的表达式为： 由上式可知，系统的误差不仅与其结构参数有关，而且也与其输入信号R(S)的大小有关。本实验就是研究系统的稳态误差与上述因素间的关系。。

  10. 线性系统稳态误差的研究 五、实验步骤 1．利用实验平台上的模拟电路单元,设计一个由两个惯性环节组成的0型二阶闭环系统的模拟电路。 2.利用示波器观测0型二阶模拟电路的阶跃特性，并测出其稳态误差。 3．利用示波器观测0型二阶模拟电路的斜坡响应曲线，据此确定其稳态误差。 4．参考实验步骤1、2、3，,设计(一个由一个积分环节和一个惯性环节组成的Ⅰ型二阶闭环系统的模拟电路。并用示波器观测该系统的阶跃特性和斜坡特性，并分别测出其稳态误差。

  11. 线性系统稳态误差的研究 5．参考实验步骤1、2、3，,设计一个由两个积分环节和一个比例微分环节组成的Ⅱ型二阶闭环系统的模拟电路。并用示波器观测该系统的斜坡特性和抛物线特性，并分别测出其稳态误差。 六、实验报告要求 1．画出0型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位阶跃和单位斜坡信号输入时的稳态误差 2．画出Ⅰ型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位阶跃和单位斜坡信号输入时的稳态误差。 3．画出Ⅱ型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位斜坡和单位抛物线函数作用下的稳态误差。

  12. 线性系统稳态误差的研究 七、实验思考题 1．为什么0型系统在阶跃信号输入时一定有误差存在？ 2．为使系统的稳态误差减小，系统的开环增益应取大些还是小些？ 3．解释系统的动态性能和稳态精度对开环增益K的要求是相矛盾的，在控制工程中如何解决这对矛盾？

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