【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 傳遞函數(shù)是在什么假設(shè)條件下近似導(dǎo)出的??在什么條件下，慣性環(huán)節(jié)可以近似的視為積分環(huán)節(jié)?在什么條件下，慣性環(huán)節(jié)可以近似的視為比例環(huán)節(jié)? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果范例 實(shí)驗(yàn)一 典型線性環(huán)節(jié)的模擬實(shí)驗(yàn)人： 實(shí)驗(yàn)日期： K=2,R1=100K,R2=200K R=100K,C=1uF,T= K=1,T=,R1=100K,R2=100K,C=1uF K=1,T=1s,R1=100K,R2=100K,C=10uF R1=100K,R2=100K,C1=C2=10uF K=1,R1=R1=100K,C=10uF 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 本實(shí)驗(yàn)的主要目的是：熟悉Multisim軟件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解參數(shù)阻尼比、無(wú)阻尼自然振蕩頻率的變化對(duì)二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響和掌握二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法。本實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容是：觀察二階系統(tǒng)的阻尼分別在01，=1，1三種情況下的單位階躍響應(yīng)曲線；調(diào)節(jié)二階系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K，使系統(tǒng)的阻尼比分別為觀察輸出波形，并按照動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的定義，測(cè)量此時(shí)系統(tǒng)的超調(diào)量%、延遲時(shí)間 、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間（=）；=，觀測(cè)系統(tǒng)在不同Wn時(shí)的響應(yīng)曲線及各項(xiàng)指標(biāo)。對(duì)于典型的二階系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為 （21）閉環(huán)特征方程為 （22）其解：，也就是其兩個(gè)閉環(huán)極點(diǎn)[11]。針對(duì)不同的值，特征值會(huì)出現(xiàn)三種情況，即欠阻尼（0 1）如圖218所示、臨界阻尼（=1）如圖219所示、過(guò)阻尼（1）如圖220所示。圖218 二階系統(tǒng)欠阻尼下的單位階躍響應(yīng)圖219 二階系統(tǒng)臨界阻尼下的單位階躍響應(yīng)圖220 二階系統(tǒng)過(guò)阻尼下的單位階躍響應(yīng)首先，進(jìn)入基于Multisim的控制理論仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主界面，點(diǎn)擊進(jìn)入，圖略。在選擇界面中選擇實(shí)驗(yàn)二，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)二界面，如圖221所示。圖221 實(shí)驗(yàn)二界面 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)點(diǎn)擊二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)按鈕即可進(jìn)入第一部分有關(guān)阻尼比在不同情況下的單位階躍響應(yīng)曲線的實(shí)驗(yàn)，圖略。在界面中單擊電路圖按鈕，實(shí)驗(yàn)所需的基本電路圖出現(xiàn)，如圖222所示，怎樣改動(dòng)電路圖可以得到不同情況的單位階躍響應(yīng)曲線在界面中都有，同學(xué)可以按照要求更改電路圖，得到曲線。圖222 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)電路圖在Multisim的軟件上新建一個(gè)原理圖，開(kāi)始按照界面中的二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)仿真電路圖開(kāi)始搭建電路。搭建好電路圖后還是要同樣好好檢查一下，運(yùn)行并單擊示波器按鈕查看正確波形。其中單擊示波器按鈕可以得到四個(gè)超調(diào)量不同的波形，同學(xué)們每次可以得到一個(gè)波形，同學(xué)們可以在按照要求更改電路中的元件后就可以得到所需的四個(gè)波形了，再與示波器的實(shí)驗(yàn)波形一一進(jìn)行對(duì)比、分析、檢驗(yàn)，二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)示波器如圖22圖22圖225和圖226所示。圖223 二階系統(tǒng)過(guò)阻尼響應(yīng)曲線圖224 二階系統(tǒng)臨界阻尼響應(yīng)曲線圖225 二階系統(tǒng)欠阻尼（%）響應(yīng)曲線圖226二階系統(tǒng)欠阻尼（超調(diào)量53%）響應(yīng)曲線 二階系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)點(diǎn)擊二階系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)按鈕即可進(jìn)入第二部分有關(guān)無(wú)阻尼自然振蕩頻Wn在不同情況下的單位階躍響應(yīng)曲線的實(shí)驗(yàn)，圖略。在界面中單擊電路圖按鈕，實(shí)驗(yàn)所需的基本電路圖出現(xiàn)，其電路圖與二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)出現(xiàn)的電路圖是大體相同的，只需要根據(jù)界面方框中所給的要求更換幾個(gè)電阻與電容的值，就可以得到二階系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)的曲線。同學(xué)們每次可以得到一個(gè)實(shí)驗(yàn)波形，更改阻值后將得到的兩個(gè)波形進(jìn)行對(duì)比、分析，如圖22圖228所示。圖227 二階系統(tǒng)欠阻尼（Wn=1）響應(yīng)曲線圖228 二階系統(tǒng)欠阻尼（Wn=100）響應(yīng)曲線得到實(shí)驗(yàn)二的所有波形后要整理好，排版、打印出來(lái)交給老師檢查，簽字。模版可以參照下頁(yè)。并完成以下實(shí)驗(yàn)要求：，并寫(xiě)出閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)；，分析開(kāi)環(huán)增益K對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能的影響；，按照動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的定義，求出不同情況下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，并與理論計(jì)算值比較；；。實(shí)驗(yàn)思考題如下：，如何實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋和單位負(fù)反饋?? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果范例 示例范文如下一頁(yè)所示：實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)人： 實(shí)驗(yàn)日期： 臨界阻尼 Wn=10,Rx=25K,=2 Wn=10,Rx=50K,=1 欠阻尼（%） 欠阻尼（53%） Wn=10,Rx=,= Wn=10,Rx=250K,= 欠阻尼（Wn=1） （Wn=100） C=10uF, Wn=1 C=, Wn=100 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究 本實(shí)驗(yàn)的主要目的是：熟悉Multisim軟件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性僅取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與外作用及初始條件均無(wú)關(guān)的特性，學(xué)習(xí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)取系統(tǒng)臨界開(kāi)環(huán)增益Kc的方法，研究系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K和時(shí)間常數(shù)T的變化對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性或系統(tǒng)輸出的影響。本實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容是：通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)取系統(tǒng)臨界開(kāi)環(huán)增益 Kc，觀測(cè)三階系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K為不同數(shù)值時(shí)的階躍響應(yīng)曲線，觀測(cè)三階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)T2為不同數(shù)值時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。三階系統(tǒng)及三階以上的系統(tǒng)統(tǒng)稱為高階系統(tǒng)。一個(gè)高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)是由一階和二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)組成?？刂葡到y(tǒng)能投入實(shí)際應(yīng)用必須首先滿足穩(wěn)定的要求。線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是其特征方程的根全部位于S平面的左方。應(yīng)用勞斯判據(jù)就可以判別閉環(huán)特征方程式的根在S平面上的具體分布，從而確定系統(tǒng)是否穩(wěn)定。 三階系統(tǒng)穩(wěn)定性研究實(shí)驗(yàn)首先，進(jìn)入基于Multisim的控制理論仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主界面，點(diǎn)擊進(jìn)入，圖略。在選擇界面中選擇實(shí)驗(yàn)三，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)三界面，如圖229所示。圖229 實(shí)驗(yàn)三界面點(diǎn)擊穩(wěn)定按鈕，進(jìn)入系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的仿真界面，系統(tǒng)在穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定、不穩(wěn)定三種情況的電路圖是一樣的，如圖230所示，只需要改變Rx的值就可以改變開(kāi)環(huán)增益K的值，從而改變系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。圖230 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究電路圖系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，K=4，三階系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)示波器輸出波形如圖231所示。圖231 三階系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)響應(yīng)曲線系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)，K=8，三階系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)示波器波形如圖232所示。圖232 三階系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)響應(yīng)曲線系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，K=10，三階系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)示波器波形如圖233所示。圖233 三階系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)響應(yīng)曲線當(dāng)K=8時(shí)，如果改變第二個(gè)慣性環(huán)節(jié)中的電容值會(huì)改變系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如圖23圖235所示。 圖234 C2=1uF時(shí)單位階躍響應(yīng)曲線 圖235 C2=100uF時(shí)單位階躍響應(yīng)曲線由上圖比較可知，C2=1uF時(shí)，T2=，C2=100uF時(shí)，T2=10s，C2=1uF時(shí)的時(shí)間常數(shù)比C2=100uF時(shí)小，響應(yīng)就快。C2=1uF、C2=100uF的兩種情況與C2=10uF的情況相比較，從響應(yīng)速度上講，處于兩種情況中間，但當(dāng)C2=10uF時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線是等幅震蕩的，因?yàn)楫?dāng)C2=10uF時(shí)，K=8為臨界穩(wěn)定值，C2=1uF、C2=100uF的兩種情況時(shí)，臨界穩(wěn)定值變?yōu)镵=，所以k=8時(shí)，響應(yīng)曲線是趨于穩(wěn)定的。得到實(shí)驗(yàn)三的所有波形后要整理好，排版、打印出來(lái)交給老師檢查，簽字。模版可以參照下頁(yè)。并完成以下實(shí)驗(yàn)要求：，并寫(xiě)出其閉環(huán)傳遞函數(shù)，標(biāo)明電路中的各參數(shù)；,并比較；。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果范例示例范文如下一頁(yè)所示：實(shí)驗(yàn)三 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究實(shí)驗(yàn)人： 實(shí)驗(yàn)日期：1. 穩(wěn)定2. 臨界穩(wěn)定3. 不穩(wěn)定 二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng) 本實(shí)驗(yàn)的主要目的是：熟悉Multisim軟件，了解二階系統(tǒng)的頻率特性曲線的測(cè)試方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)求得的頻率特性曲線求取傳遞函數(shù)。本實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容是：搭建二階系統(tǒng)的電路圖，對(duì)二階系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性進(jìn)行測(cè)試，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的頻率特性曲線，求出相應(yīng)的傳遞函數(shù)，用軟件仿真的方法，求取二階系統(tǒng)的頻率特性。設(shè)G(S)為一最小相位系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的傳遞函數(shù)。如在它的輸入端施加一幅值為Xm、頻率為ω的正弦信號(hào)： (23)則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為： (24)由上述公式得出系統(tǒng)輸出、輸入信號(hào)的幅值比和相位差： （幅頻特性） (25) （相頻特性） (26)式中|G(jω)|和φ(ω)都是輸入信號(hào)ω的函數(shù)。對(duì)數(shù)幅頻特性為： （dB） （27） 頻率特性的測(cè)試方法：對(duì)被研究系統(tǒng)在輸入端施加不同頻率的正弦波信號(hào)，測(cè)出輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的幅值比和相位差，從而獲得被測(cè)系統(tǒng)的頻率特性。這種方法在原理和數(shù)據(jù)處理方面都比較簡(jiǎn)單，測(cè)試精度比較高，但是測(cè)試的工作量比較大。二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)電路圖如圖236所示。圖236 二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)電路圖二階