试验二二阶系统阶跃响应分析.docx

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1、《工程控制基础》课程基础实验指导书电子科技大学目录实验一典型环节动态特性分析3实验二二阶系统阶跃响应分析7实验三系统频率特性分析10实验四控制系统校正14实验一典型环节动态特性分析一、实验目的本实验的目的是运用电子模拟线路构成比例、惯性、积分等典型环节，并研究这些环节及电路的动态特性。即：1、掌握运用运算放大器构成各种典型环节的方法，观察比例、惯性、积分环节的阶跃响应，并分析其动态性能。2、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。、实验原理1、比例环节比例环节也称为放大环节，其方框图如图1-1(a)所示传递函数为：G(S)=U耆K比例环节

2、模拟线路如图1-1(b)所示。这种线路也称作比例或P调节器。其Ur(s)KUc(s)*方框图Rd比例环节的电模拟(a)-1000(a)输入波形(b)图1-1比例环节的模拟图UCj.t.t(b)输出波形图1-2比例环节波形图改变R1的值(Ur一定)，观察其阶跃响应曲线。若按图(b)接线，设Ur为-5V,则图(b)的输入Ur和输出Uc实验波形如图1-2所示。2、一阶惯性环节一阶惯性环节的方框图如图1-3(a)所示传递函数为:G(S)=卩化亠Ur(S)TS+1一阶惯性环节含有弹性或容性储能元件和阻性耗能元件，其输出落后于输入，与比例环节相比，

3、此环节具有“惯性”，在阶跃输入时，输出不能立即(需经历一段时间)接近所要求的阶跃输出值，因此其输出不可能显现线形，而是一指数函数图象。惯性大小由时间常数T衡量。一阶惯性环节模拟线路图如图1-3(b)所示。这种线路也称作惯性或T调节器。其中：K=T=RCRo(b)—阶惯性环节模拟线路图Ur(s)bKUc(s)、Ts+1KTs1分别改变Ri、C的值(上一定)，观察其阶跃响应曲线。⑻方框图图1-3Ur-5(a)输入波形t一阶惯性环节的模拟图图1-4Ur和输出Uc实验波形如图1-4(b)输出波形一阶惯性环节波形图若按图(b)接线，设Ur为-5V

4、,则图(b)的输入所示。3、积分环节积分环节的方框图如图1-5(a)所示。传递函数为：G(S)=鴿=积分环节模拟线路如图1-5(b)所示。这种线路也称作积分或I调节器其中K=-R0C1若按图(b)接线，设Ur为-5V,则图(b)的输入Ur和输出Uc实验波形如图1-6所示。改变C1的值(Ul一定)，观察其阶跃响应曲线。Ur(S)StKUc(s)>s-(a)方框图Ci=10口积分环节模拟线路图图1—5积分环节的模拟图Ur-50输入波形(b)输出波形图1-6积分环节波形图积分环节具有记忆功能。在实验过程中，当断开输入信号U,输出UC仍然保持。

5、每次实验结束，因为其电容储能元件达到饱和而没有放电，因此其输出图象一直是饱和值，因此若要进行下一次实验，必须使用教学模拟机上的“清零”开关给电容提供一个放电回路，将其放电到输出为零，然后再进行下一次实验。三、实验设备XJM-1型教学模拟机、示波器。四、方法与步骤1、检查电源线、地线是否接好，注意将模拟装置、电源、示波器、信号源的线连接好。直流运算放大器输出严禁短路。2、将运算放大器接成比例状态，将波段开关拨到“调零”位置，开电源后调零。3、调零后，关电源，按预先准备好的模拟线路连线。4、用模拟机上的电压表及外接示波器观察由给定装置给出的

6、U端电压信号的大小。5、合上教学模拟机电源，加入阶跃信号，按实验内容进行实验。五、注意事项1、直流稳压电源为模拟机提供-15V电压，调节时不得超过15V.2、放大器输出端的连线不可乱插，也不允许悬空碰机壳。每次改变实验线路时应先关断模拟机电源，连线检查无误后方可接通电源。3、积分环节及做完后必须清零，否则无法进行下一步实验。六、实验报告要求1、简述实验目的和原理2、按实验步骤整理出比例、惯性、积分等典型环节的特性，说明各环节的特点。3、画出各典型环节的阶跃响应线Uc=f(t)，并与理论值比较，说明实际分析结果与理论分析之间的差异。七、思

7、考题1、求出各典型环节在给定参数下的阶跃响应。2、积分环节和惯性环节的主要区别是什么？在什么情况下惯性环节可视为积分环节？3、一阶系统的时间常数如何从阶跃响应的输出波形中测出？实验二二阶系统阶跃响应分析一、实验目的1、研究二阶系统在给定阶跃输入作用下的输出响应，并分析其动态性能。2、学会示波器观察系统动态指标的方法，并分析系统的动态性能与系统本身结构参数之间的关系。二、实验原理把两个一阶环节进行适当的闭环连接，就能构成二阶系统。由比例环节和惯性环节组成的二阶闭环系统方框图如图2-1所示。Ur(S)+—%Uc(S)图2-1二阶线性系统方框

8、图该系统的开环传递函数为G