自动控制实验报告一-控制系统的稳定性分析

23 %100%maxYYY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

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：

TP与TS：

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TP与TS。

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。 24

系

统

稳

定

性

的

研

究

的

实

验

报

告

学院：机械工程学院 班级： 09 级过控（ 2）班

姓名：周军

学号： 12009240361

实验三系统稳定性的研究

一. 目的要求

1. 验证自动控制系统中：增加开环放大系数使系统的震荡加剧，以致于不稳

2. 控制系统中时间常数错开，可以提高系统的临界稳定放大倍数 二. 实验仪器、设备、工具及材料

名 称 型号或规 格 数 量 备 注

教学实验系统 EWB 1

计算机 Thin kpad 1

实验原理和设计

应用模拟电路来模拟典型三阶系统。

线性控制系统稳定的重要条件是： 他的微分方程式的特征方程的根都是负实数

的复数，亦及：全部根都位于 S复平面的左半面。

心心心心 __________ K

WK(S) = (T1S OES IXT3S 1) =(T£ 1)(T2S IXT3S 1) 其闭环特征方程式为：

T订 2T3S 3+(T 订3+T 订2+T2T3)S 2+(T1+T2+T3)S+K+1=0

四. 实验内容和步骤

在下列各组参数下，调节 K a,观察阶跃响应；求出系统临界稳定之 K a值

① R1=400K，3= 5卩 F，R2=361K，C2=1 卩 F，R3=400K，C3=1 卩 F。

② C1=0.25^F, R1、R2、R3、C2、C3 同①。

③ C1=0.1yF， R1、R2、R3、C2、C3 同①。

系统方框图如图1所示 (K a )

图6-1系统方框图

① R1=400K , 3= 5卩 F, R2=361K , C2=1 卩 F, R3=400K ,

C3=1 卩 F, Ro=100K

T1=R1C1=361*5*10A-3=1.805

T2=R2C2=5*10*10A-3=0.05

T3=R3C3=361*10A-3=0.361

带入b）中数据闭环传递函数得：

0.13S 3+1.26S 2+2.6S+27.12K a +1=0 或 S 3+9.15S 2+19.25S+193.3K a+7.6=0

《自动控制原理》实验报告

1

一、 实验目的

1. 研究二阶系统的特征参量（ξ、𝜔𝑛） 对过渡过程的影响。

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。

3. 熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。

二、 实验设备

PC机一台，TD-ACC+（或TD-ACS）实验系统一套。

三、 实验内容

1、典型的二阶系统稳定性分析

（1）结构框图：如图所示。

（2）模拟电路图：如图所示。

（3）理论分析

系统开环传递函数为：𝐺(𝑠)=𝐾1𝑇0𝑆(𝑇1𝑆+1)=𝐾1/𝑇0𝑆(𝑇1𝑆+1)；开环增益𝐾=𝐾1/𝑇0。

（4）实验过程、图像及结果

先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，

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：

《自动控制原理》实验报告

2

实物连接图如下：

实测响应曲线如下：

《自动控制原理》实验报告

3

典型二阶系统瞬态性能指标

《自动控制原理》实验报告

4

2、典型的三阶系统稳定性分析

（1）结构框图：如图所示。

（2）模拟电路图：如图所示。

（3）理论分析

（4）实验过程、图像及结果

《自动控制原理》实验报告

5

实物连接图如下：

实测响应曲线如下：

《自动控制原理》实验报告

6

典型三阶系统在不同开环增益下的响应情况

四、 实验心得及总结

.

资料

自控实验报告

.

资料

目录

实验一 典型环节及其阶跃响应 ........................................ 1

一、实验目的 ....................................................... 1

二、实验仪器 ....................................................... 1

三、实验原理 ....................................................... 1

四、实验内容 ....................................................... 1

五、实验步骤 ....................................................... 2

六、实验结果 ....................................................... 3

七、实验分析 ....................................................... 6

实验二 二阶系统阶跃响应 ............................................ 7

一、实验目的 ....................................................... 7

二、实验仪器 ....................................................... 7

三、实验原理 ....................................................... 7

四、实验内容 ....................................................... 8