控制工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(答案)-文庫吧
2025-07-22 01:37 本頁面
【正文】 近似導(dǎo)出？（運(yùn)算放大器開環(huán)放大倍數(shù)K0很大，運(yùn)算放大器輸入阻抗很高）積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)主要差別是什么？在什么條件下，慣性環(huán)節(jié)可以近似為積分環(huán)節(jié)？在什么條件下，又可以視為比例環(huán)節(jié)？（慣性環(huán)節(jié)的特點(diǎn)是，當(dāng)輸入x(t)作階躍變化時(shí)，輸出y(t)不能立刻達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，瞬態(tài)輸出以指數(shù)規(guī)律變化。而積分環(huán)節(jié)，當(dāng)輸入為單位階躍信號(hào)時(shí)，輸出為輸入對時(shí)間的積分，輸出y(t)隨時(shí)間呈直線增長。當(dāng)t趨于無窮大時(shí)，慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為積分環(huán)節(jié)，當(dāng)t趨于0時(shí)，慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為比例環(huán)節(jié)。）如何根據(jù)階躍響應(yīng)的波形，確定積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)？（積分環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)T由輸出曲線斜率的倒數(shù)確定，慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)T等于曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63..2%時(shí)的時(shí)間t）實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉二階模擬系統(tǒng)的組成。 研究二階系統(tǒng)分別工作在x=1， 0x 1， 和x 1三種狀態(tài)下的單位階躍響應(yīng)。 分析增益K對二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量sP、峰值時(shí)間tp和調(diào)整時(shí)間ts。 研究系統(tǒng)在不同K值時(shí)對斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差。 學(xué)會(huì)使用Matlab軟件來仿真二階系統(tǒng)，并觀察結(jié)果。二、實(shí)驗(yàn)儀器控制理論電子模擬實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)；超低頻慢掃描數(shù)字存儲(chǔ)示波器一臺(tái)；數(shù)字萬用表一只；各種長度聯(lián)接導(dǎo)線。三、實(shí)驗(yàn)原理圖21為二階系統(tǒng)的原理方框圖，圖22為其模擬電路圖，它是由慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和反號(hào)器組成，圖中K=R2/R1， T1=R2C1，T2=R3C2。 圖21 二階系統(tǒng)原理框圖圖21 二階系統(tǒng)的模擬電路 由圖22求得二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函。調(diào)節(jié)開環(huán)增益K值，不僅能改變系統(tǒng)無阻尼自然振蕩頻率ωn和x的值，可以得到過阻尼(x1)、臨界阻尼（x=1）和欠阻尼（x1）三種情況下的階躍響應(yīng)曲線。 （1）當(dāng)K， 0 x 1，系統(tǒng)處在欠阻尼狀態(tài)，它的單位階躍響應(yīng)表達(dá)式為： 圖23 0 x 1時(shí)的階躍響應(yīng)曲線（2）當(dāng)K=，x=1，系統(tǒng)處在臨界阻尼狀態(tài)，它的單位階躍響應(yīng)表達(dá)式為：如圖24為二階系統(tǒng)工作臨界阻尼時(shí)的單位響應(yīng)曲線。圖24 x=1時(shí)的階躍響應(yīng)曲線 （3）當(dāng)K ，x 1，系統(tǒng)工作在過阻尼狀態(tài)，它的單位階躍響應(yīng)曲線和臨界阻尼時(shí)的單位階躍響應(yīng)一樣為單調(diào)的指數(shù)上升曲線，但后者的上升速度比前者緩慢。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 根據(jù)圖11，調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)，使系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：令ui(t)=1V，在示波器上觀察不同K（K=10，5，2，）時(shí)的單位階躍響應(yīng)的波形，并由實(shí)驗(yàn)求得相應(yīng)的σp、tp和ts的值。調(diào)節(jié)開環(huán)增益K，使二階系統(tǒng)的阻尼比 ，觀察并記錄此時(shí)的單位階躍響應(yīng)波形和σp、tp和ts的值。用三角波或輸入為單位正階躍信號(hào)積分器的輸出作為二階系統(tǒng)的斜坡輸入信號(hào)。觀察并記錄在不同K值時(shí)，系統(tǒng)跟蹤斜坡信號(hào)時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告畫出二階系統(tǒng)在不同K值（10，5，2，）下的4條瞬態(tài)響應(yīng)曲線，并注明時(shí)間坐標(biāo)軸。按圖12所示的二階系統(tǒng)，計(jì)算K=，K=1和K=。據(jù)此，求得相應(yīng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)σp、tp和ts，并與實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)果作一比較。寫出本實(shí)驗(yàn)的心得與體會(huì)。六、實(shí)驗(yàn)思考題如果階躍輸入信號(hào)的幅值過大，會(huì)在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生什么后果？ （階躍信號(hào)幅值的大小選擇應(yīng)適當(dāng)考慮。過大會(huì)使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的非線性因素增大，使線性系統(tǒng)變成非線性系統(tǒng)；過小也會(huì)使系統(tǒng)信噪比降低并且輸出響應(yīng)曲線不可能清楚顯示或記錄下來。）在電子模擬系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋和單位負(fù)反饋？（以運(yùn)算放大器為核心，接反饋電路如上圖所示，當(dāng)ZZ2不等時(shí)，就是負(fù)反饋，當(dāng)ZZ2相等時(shí)，就是單位負(fù)反饋。） 為什么本實(shí)驗(yàn)的模擬系統(tǒng)中要用三只運(yùn)算放大器？（由二階系統(tǒng)的原理方框圖可知，它是由慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和比例放大環(huán)節(jié)組成，而每一個(gè)典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖均只需一個(gè)運(yùn)算放大器）實(shí)驗(yàn)三 三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)定性分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆杖A系統(tǒng)的模擬電路圖；由實(shí)驗(yàn)證明開環(huán)增益K對三階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)
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