【文章內(nèi)容簡介】 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，通過實(shí)驗(yàn)了解參數(shù)阻尼比、無阻尼自然振蕩頻率的變化對二階系統(tǒng)動態(tài)性能的影響和掌握二階系統(tǒng)動態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)測試方法。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，并按照動態(tài)性能指標(biāo)的定義，測量此時(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（=）；=，觀測系統(tǒng)在不同Wn時(shí)的響應(yīng)曲線及各項(xiàng)指標(biāo)。對于典型的二階系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為 （21）閉環(huán)特征方程為 （22）其解：，也就是其兩個閉環(huán)極點(diǎn)[11]。針對不同的值，特征值會出現(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的軟件上新建一個原理圖，開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超調(diào)量不同的波形，同學(xué)們每次可以得到一個波形，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波形了，再與示波器的實(shí)驗(yàn)波形一一進(jìn)行對比、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實(shí)驗(yàn)波形，更改阻值后將得到的兩個波形進(jìn)行對比、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、打印出來交給老師檢查，簽字。模版可以參照下頁。并完成以下實(shí)驗(yàn)要求：，并寫出閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)；，分析開環(huán)增益K對系統(tǒng)的動態(tài)性能的影響；，按照動態(tài)性能指標(biāo)的定義，求出不同情況下系統(tǒng)的動態(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關(guān)的特性，學(xué)習(xí)通過實(shí)驗(yàn)測取系統(tǒng)臨界開環(huán)增益Kc的方法，研究系統(tǒng)的開環(huán)增益K和時(shí)間常數(shù)T的變化對閉環(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：通過實(shí)驗(yàn)測取系統(tǒng)臨界開環(huán)增益 Kc，觀測三階系統(tǒng)的開環(huán)增益K為不同數(shù)值時(shí)的階躍響應(yīng)曲線，觀測三階系統(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)，如果改變第二個慣性環(huán)節(jié)中的電容值會改變系統(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、打印出來交給老師檢查，簽字。模版可以參照下頁。并完成以下實(shí)驗(yàn)要求：，并寫出其閉環(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，對二階系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性進(jìn)行測試，由實(shí)驗(yàn)測得的頻率特性曲線，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： (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ω的函數(shù)。對數(shù)幅頻特性為： （dB） （27） 頻率特性的測試方法：對被研究系統(tǒng)在輸入端施加不同頻率的正弦波信號，測出輸入信號與輸出信號之間的幅值比和相位差，從而獲得被測系統(tǒng)的頻率特性。這種方法在原理和數(shù)據(jù)處理方面都比較簡單，測試精度比較高，但是測試的工作量比較大。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