控制工程理論實驗指導(dǎo)書(編輯修改稿)
2025-09-19 01:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 實驗原理圖21所示Ⅰ型二階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：Ⅰ型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)標準式：自然頻率（無阻尼振蕩頻率）： 阻尼比： 二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖22所示。它由積分環(huán)節(jié)（A2）和慣性環(huán)節(jié)（A3）構(gòu)成。二階系統(tǒng)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)及系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：積分環(huán)節(jié)（A2單元）的積分時間常數(shù)Ti=R1*C1=1S 慣性環(huán)節(jié)（A3單元）的慣性時間常數(shù) T=R2*C2=該閉環(huán)系統(tǒng)在A3單元中改變輸入電阻R來調(diào)整增益K，R分別設(shè)定為 10k、40k、100k 。 當(dāng)R=100k， K=1 = 1 為過阻尼響應(yīng)， 當(dāng)R=40k， K= =1 為臨界阻尼響應(yīng)， 當(dāng)R=10k， K=10 = 01 為欠阻尼響應(yīng)。 欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號輸入時的動態(tài)性能指標Mp、tp、ts的計算：（ K=10 =）超調(diào)量 ： 峰值時間： 調(diào)節(jié)時間 ：五、實驗方法和步驟運行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的時域分析下的二階典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性實驗項目，再選擇開始實驗，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始即可使用實驗機配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測孔測量波形。典型二階系統(tǒng)模擬電路(圖22)通過在A3單元中改變輸入電阻R來調(diào)整衰減時間。（1）用信號發(fā)生器（B1）的‘階躍信號輸出’ 和‘幅度控制電位器’構(gòu)造輸入信號（Ui）： B1單元中電位器的左邊K3開關(guān)撥下（GND），右邊K4開關(guān)撥下（0/+5V階躍）。階躍信號輸出（B12的Y測孔）調(diào)整為2V（調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔）。（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路：（a）安置短路套 模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S2，S10，S113A3當(dāng)輸入電阻R=10K當(dāng)輸入電阻R=39K當(dāng)輸入電阻R=100KS1，S8，S10S2，S8，S10.S4，S8，S104A6S2，S6（b）測孔聯(lián)線1信號輸入r(t)B1（Y） →A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT→A2（H1）3運放級聯(lián)A2（OUT→A3（H1）4負反饋A3（OUT→A1（H2）5運放級聯(lián)A3（OUT→A6（H1）（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：示波器輸入端CH1接到A6單元信號輸出端OUT（C(t)）。（4）運行、觀察、記錄： 按下B1按鈕，用示波器觀察在三種情況下A3輸出端C(t)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量MP，峰值時間tp和調(diào)節(jié)時間ts。并將測量值和計算值（實驗前必須按公式計算出）進行比較。參數(shù)取值及響應(yīng)曲線，詳見表21。表21 二階系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼下的參數(shù)取值參數(shù)項目RK(1/S)Wn(1/S)MP(%)tp(S)ts(S)測量值 計算值測量值 計算值測量值 計算值01欠阻尼階躍響應(yīng)為衰減振蕩1010101 =1臨界阻尼階躍響應(yīng)為單調(diào)指數(shù)曲線4051——1————1過阻尼響應(yīng)為單調(diào)指數(shù)曲線1001——1———— 六、實驗報告主要內(nèi)容及要求 分析典型二階系統(tǒng)的方塊圖和模擬電路圖的對應(yīng)關(guān)系(1)根據(jù)典型二階系統(tǒng)的方塊圖的寫出傳遞函數(shù),作出典型二階系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼下狀態(tài)下的理論階躍響應(yīng)曲線。(2)抓取典型二階系統(tǒng)模擬電路圖在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼下狀態(tài)下的觀測到的實際階躍響應(yīng)曲線。(3)將上述要求以表格形式表達。七、實驗注意事項在作欠阻尼階躍響應(yīng)實驗時，由于虛擬示波器（B3）的頻率限制,無法很明顯的觀察到正確的衰減振蕩圖形，此時需適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)。調(diào)節(jié)方法：減小運算模擬單元A3的輸入電阻R=10K的阻值，延長衰減時間（參考參數(shù)：R=2K）。（可將運算模擬單元A3的輸入電阻的短路套（S1/S2/S4） 去掉，將可變元件庫（A7）中的可變電阻跨接到A3單元的H1和IN測孔上，調(diào)整可變電阻繼續(xù)實驗。）★ 在作該實驗時，如果發(fā)現(xiàn)有積分飽和現(xiàn)象產(chǎn)生時，即構(gòu)成積分或慣性環(huán)節(jié)的模擬電路處于飽和狀態(tài)，波形不出來，請人工放電。放電操作如下：B5函數(shù)發(fā)生器的SB4“放電按鈕”按住3秒左右，進行放電?！?如欲用相平面分析該模塊電路時，需把示波器的輸入端CH2接到A1單元信號輸出端，并選用示波器界面中的XY選項。 實驗三 線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析一、 實驗?zāi)康模?．了解和掌握控制系統(tǒng)的頻率特性，學(xué)會測量系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線。2． 研究二階閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)自然頻率或無阻尼振蕩頻率ωn, 阻尼比ξ對對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線的影響。3． 研究表征系統(tǒng)穩(wěn)定程度的相位裕度γ和幅值裕度h（dB）對系統(tǒng)的影響。4． 觀察和分析欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)諧振頻率和諧振峰值。二、實驗的主要內(nèi)容：根據(jù)圖31所示的被測系統(tǒng)的方框圖，構(gòu)建如圖3圖33所示的模擬電路，在此基礎(chǔ)上觀察和分析一階、二階被測系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線。 圖31 被測系統(tǒng)方塊圖圖32 一階被測系統(tǒng)的模擬電路圖 圖33 二階被測閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖三、實驗設(shè)備及工具：AEDK LabACT自控/計控原理教學(xué)實驗系統(tǒng)、PC機、萬用表，連接線及工具若干；四、實驗原理對于如圖
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