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电孑网抜大学.docx


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电孑网抜大学.docx电孑网抜大学验报告学生姓名:学号:指导教师:实验地点:工程训练中心三楼实验时间:一、实验室名称:机械系测控实验室二、实验项目名称:二阶系统时频域分析实验三、实验学时:2学时四、实验原理:图1是典型I型二阶单位反馈闭环系统。图1典型I型二阶单位反馈闭环系统I型二阶系统的开环传递函数:G(5)=7>(7\+1)1型二阶系统的闭环传递函数标准式:自然频率(无阻尼振荡频率人G(s)二研1+G(s)s2+0($)=阻尼比:有二阶闭环系统模拟电路如图2所示。它山积分环节(A2单元)和惯性环节(A3单元)的构成,其积分时间常数Ti=Rl*Cl=l秒,惯性吋间常数T=R2*C2=。CHO200K矩形波R(t)Ui=-qAlCH3R1500KR2100KC2llluA3INOUTR=4KR=40KR=70KAll可变电阻ClOUT20K20KA10C(t)CH2OUT图2I型二阶闭环系统模拟电路模拟电路的齐环节参数代入,得到该电路的开环传递函数为:G(s)=\00k~5(+1)模拟电路的开环传递断数代入式,得到该电路的闭环传递函数为:== = ―「s■+2^rons+碣厂+105+10K阻尼比和开环增益K的关系式为:临界阻尼响应:斜1,K=,R=40kQ欠阻尼响应:(Xg<l,设R=4kQ,K=25g=:01,设R=70kQ,K==>l计算欠阻尼二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态指标Mp、(p、ts:(K=25、歹=、=)超调量:*Mr=ex100%=%峰值吋间:兀=:山于I型系统含有一个枳分环节,它在开环时响应曲线是发散的,因此欲获得其开环频率特性时,还是需构建成闭环系统,测试英闭环频率特性,然后通过公式换算,获得英开环频率特性。计算欠阻尼二阶闭环系统屮的幅值穿越频率(DC、相位裕度Y:幅值穿越频率:e.*”xJJl+4F-2严相位裕度:Y=180+eg.)=arctan― J—2严+Ji+4£Y值越小,Mp%越大,振荡越厉害;丫值越大,Mp%小,调节时I'可ts越长,因此为使二阶闭环系统不致于振荡太厉害及调节时间太长,一般希望:30°<y<70°本实验以第322节〈二阶闭环系统频率特性曲线〉为例,得:a)c= y=°五、实验目的:通过二阶系统的时频域分析验证课程讲授内容,加深学生对理论知识的理解程度,扩大学生视野,掌握基本的频域图解方法和时域系统校止方法。了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及I型二阶闭环系统的传递函数标准式。研究I型二阶闭环系统的结构参数-无阻尼振荡频率伽、阻尼比g对过渡过程的影响。掌握欠阻尼I型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts的计算。观察和分析【型二阶闭环系统在欠阻尼,临界阻尼,过阻尼的瞬态响应曲线,及在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、卬值,并与理论计算值作比对。了解和掌握I型二阶开环系统中的对数幅频特性厶(“)和相频特性0(®,实频特性%)和虚频特性Im(劲的计算。了解和掌握欠阻尼I型二阶闭环系统中的自然频率"”、阻尼比g对开环参数幅值穿越频率血。和相位裕度了的影响,及幅值穿越频率和相位裕度;7的计算。研究农征系统稳定程度的相位裕度了和幅值穿越频率•对系统的影响。了解和掌握I型二阶开环系统对数幅频曲线、相频曲线、和幅相曲线的构造及绘制方法六、实验内容:搭建二阶系统,观察系统时域响应曲线,通过调整电路屮可调电阻的方式改变系统开环增益和系统阻尼比,观察开环增益和阻尼比变化吋对系统稳定性和动态响应过程的影响。二阶系统的频域分析,搭建二阶系统,通过设置不同的输入信号频率,获収输出信号,通过输入输出幅值相位变化绘制对数幅相特性图和幅相频率特性图,并确定0°,了等关键参数。【型二阶闭环系统模拟电路见图2,观察阻尼比g对该系统的过渡过程的影响。改变A3单中输入电阻R來调整系统的开环增益K,从而改变系统的结构参数。观测二阶闭环系统的频率特性曲线,测试其谐振频率⑵八谐振峰值W改变被测系统的各项电路参数,画出其系统模拟电路图,及闭环频率特性曲线,並计算和测量系统的谐振频率©及谐振峰值Lg),填入实验报告。七、实验器材(设备、元器件):LabACTn自控/计控实验机八、实验步骤:(1)构造模拟电路:按图2安置短路套及插孔连线,表如下。(a)安置短路套 (b)插孔连线模块号跨接座号1A1S4,S82A2S5,Sil,S123A3S8,S111信号输入Bl(OUTI)->A1(Hl)2运放级联Al(OUT)->A2(Hl)3负反馈A3(OUT)->A1(H2)4运放级联A3(OUT)—A10(Hl)5跨接4K、元

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  • 时间2020-09-27