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1、 实验一：典型环节的电路模拟实验一：典型环节的电路模拟班级： 测控 1504 姓名： 吴书琪 学号： 201523030416 同组人员： 柯盼盼 刘一超 成绩： 一：实验目的一：实验目的1. 熟悉 THBCC-1 型 信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台及“THBCC-1”软件的使用；2. 熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3. 测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。二：实验电路二：实验电路比例微分(PD)环节根据比例微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U4、反相器单元)设计并组建其模拟电路，如下图所示。图中后一个单元为反相器，其中 R0=2
2、00K。若比例系数 K=1、微分时间常数 T=0.1S 时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K1uF=0.1S)；若比例系数 K=1、微分时间常数 T=1S 时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K10uF=1S)；当 ui 为一单位阶跃信号时，用“THBCC-1”软件观测(选择“通道 3-4”，其中通道 AD3 接电路的输出 uO；通道 AD4 接电路的输入 ui)并记录不同 K 及 T值时的实验曲线，并与理论值进行比较。惯性环节惯性环节的传递函数与方框
3、图分别为：当 Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为 1、时间常数为 T时响应曲线如图 1-7 所示。三：实验结果1、比例微分环节实验结果图一 比例系数 K=1、微分时间常数 T=0.1S 时实验曲线1)()()(TSK SUSUsGiO图二 比例系数 K=1、微分时间常数 T=1S 时实验曲线2、惯性环节实验结果四：实验结论分析四：实验结论分析比例微分环节的传递函数与方框图分别为：其中)1 ()1 ()(1 12CSRRRTSKsGCRTRRKD112,/设 Ui(S)为一单位阶跃信号，图 1-5 示出了比例系数(K)为 2、微分系数为 TD时 PD 的输出响应曲线。1.
4、用运放模拟典型环节时，其传递函数是在什么假设条件下近似导出的？1）假定运放具有理想特性，即满足“虚短”“虚断”特性 2）运放的静态量为零，个输入量、输出量和反馈量都可以用瞬时值表示其动态变化2、 积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下，惯性环节可以近似地视为积分环节？而又在什么条件下，惯性环节可以近似地视为比例环节？答：惯性环节的特点是，当输入 x(t)作阶跃变化时，输出 y(t)不能立刻达到稳态值，瞬态输出以指数规律变化。而积分环节，当输入为单位阶跃信号时，输出为输入对时间的积分，输出 y(t)随时间呈直线增长。 当 t 趋于无穷大时，惯性环节可以近似地视为积分环节，当 t 趋于 0
5、 时，惯性环节可以近似地视为比例环节3、在积分环节和惯性环节实验中，如何根据单位阶跃响应曲线的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？答：在积分环节中，纵坐标 K 对应的横坐标就是时间常数 T；在惯性环节中，在起始点作该店的切线，与 y=K 相交的点的横坐标就是时间常数 T。实验二：典型系统的瞬态响应和稳定性实验二：典型系统的瞬态响应和稳定性班级： 测控 1504 姓名： 吴书琪 学号： 201523030416 同组人员： 柯盼盼 刘一超 成绩： 一：实验目的一：实验目的1. 熟悉 THBCC-1 型 信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台；2、熟悉“THBCC-1”软件的使用；3. 熟
6、悉一阶系统的阶跃响应特性及其电路模拟；4. 测量一阶系统的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。5 通过实验了解参数(阻尼比)、(阻尼自然频率)的变化对二阶系统动态n性能的影响；6 掌握二阶系统动态性能的测试方法。二：实验电路二：实验电路一阶系统一阶系统1、根据一阶系统的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U3、反相器单元)设计并组建其相应的模拟电路，如下图所示。图 2-2 一阶系统模拟电路图中后一个单元为反相器，其中 R0=200K。2、将实验台上“阶跃信号发生器”的输出接至一节系统的输入端3、若比例系数 K=1、时间常数 T=1S 时，确定模拟电路中的参数。即取：R1=100K，
7、R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K10uF=1)。4、上电， 用“THBCC-1”软件观测并记录此时系统的响应输出，并与理论值进行比较。5、若比例系数 K=1、时间常数 T=0.1S 时，重复上述步骤 3、4 （R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K1uF=0.1)）。6、若比例系数 K=2、时间常数 T=0.1S 时，重复上述步骤 3、4 （R1=100K，R2=200K，C=1uF(K= R2/ R1=2,T=R2C=100K1uF=0.1)）二阶系统二阶系统1. 二阶系统的瞬态响应用二阶常微分方程描
8、述的系统，称为二阶系统，其标准形式的闭环传递函数为(3-1)2222)()(nnn SSSRSC 闭环特征方程：0222nnS其解 ，12 2, 1nnS针对不同的值，特征根会出现下列三种情况：1）01 时，系统的阶跃响应无超调产生，但这种响应的动态过程太缓慢，故控制工程上常采用欠阻尼的二阶系统，一般取=0.60.7，此时系统的动态响应过程不仅快速，而且超调量也小。 2. 二阶系统的典型结构典型的二阶系统结构方框图和模拟电路图如 3-2、如 3-3 所示。图 3-2 二阶系统的方框图图 3-3 二阶系统的模拟电路图（电路参考单元为：U3、U5、U11、反相器单元）图 3-3 中最后一个单元为反
9、相器。由图 3-3 可得其开环传递函数为：，其中：， (，)1ST(SK)s(G121 TkK RRkX 1CRTX1RCT2其闭环传递函数为： 1121TKST1STK)S(W 与式 3-1 相比较，可得， RC1 TTk211 nX112 R2R TkT 21根据图 3-3，选择实验台上的通用电路单元设计并组建模拟电路。1. 值一定时（如取，此时图 3-3 中取 C=1uF，R=100K），Rx 阻值n10n可调范围为 0470K。系统输入一单位阶跃信号，在下列几种情况下，用“THBCC-1”软件观测并记录不同值时的实验曲线。1.1 当=0.2 时，可调电位器 RX=250K（实际操作时可
10、用 200k+51k=251k 代替），此时系统处于欠阻尼状态，其超调量为 53%左右；1.2 当=0.707 时，可调电位器 RX=70.7K（实际操作时可用 20k+51k=71k 代替），此时系统处于欠阻尼状态，其超调量为 4.3%左右；1.3 当=1 时，可调电位器 RX=50K（实际操作时可用 51k 代替），系统处于临界阻尼状态；1.4 当=2 时，可调电位器 RX=25K（实际操作时可用 24k 代替），系统处于过阻尼状态。2. 值一定时（如取=0.2，此时图 3-3 中取 R=100K，RX=250K)。系统输入一单位阶跃信号，在下列几种情况下，用“THBCC-1”软件观测并记
11、录不同值时的实验曲线。n2.1 若取 C=10uF 时，1n2.2 若取 C=0.1uF（可从无源元件单元中取）时，100n三：实验结果三：实验结果一阶系统一阶系统图一 K=1 T=1S图二 K=1 T=0.1S图三 K=2 T=0.1S二阶系统二阶系统图四 =0.2图五 =0.707 图六 =1 图七 =2图八 图九 四：实验结论分析四：实验结论分析典型的一阶系统的传递函数与方框图分别为：当 Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为 1、时间常数为 T时响应曲线如图所示。一阶系统阶跃响应曲线典型的二阶系统结构方框图和模拟电路图如 3-2、如 3-3 所示。1)()()(TSK
12、 SUSUsGiO图 3-2 二阶系统的方框图图 3-3 二阶系统的模拟电路图（电路参考单元为：U3、U5、U11、反相器单元）图 3-3 中最后一个单元为反相器。由图 3-3 可得其开环传递函数为：，其中：， (，)1ST(SK)s(G121 TkK RRkX 1CRTX1RCT2其闭环传递函数为： 1121TKST1STK)S(W 与式 3-1 相比较，可得， RC1 TTk211 nX112 R2R TkT 21如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？（1）系统的阶跃响应特性不会因输入幅值而变化；（2）稳定性是系统的内部特性； （3）模拟实验中幅值过大对系统可能会产生损坏；
13、若阶跃输入信号幅值过大，会使输出阶跃响应曲线的稳态值过大，如果系统有较大的超调量，则阶跃响应的幅值可能超出范围，不能测得完整的响应曲线，实验测出的各种数据都会发生变化，使其精度降低，增大实验的误差，同时会使系统动态特性的非线性因素增大，使线性系统变成非线性系统；也有可能导致实验的失败，最后实验不能趋于稳定，实验结果出错，所以实验过程中，要选择合适的阶跃输入信号幅值2 为什么本实验中二阶系统对阶跃输入信号的稳态误差为零？ 因为 1/T2s 为积分环节，当系统达到稳态时，积分环节之前的输入为零，所以 K1/(T1s+1)之前的输入为零,因此有 R(x)-C(s)=0，故稳态误差为零实验三：控制系统
14、的实验三：控制系统的 MATLAB 根轨迹分析根轨迹分析班级： 测控 1504 姓名： 吴书琪 学号： 201523030416 同组人员： 柯盼盼 刘一超 成绩： 一：实验目的一：实验目的1. 通过实验，进一步理解根轨迹的基本概念以及根轨迹与系统性能之间的关系；2. 学会用 Matlab 软件绘制系统的根轨迹，并能够根据轨迹线分析系统的性能。二：实验电路二：实验电路1. 用 Matlab 软件绘制给定模型的根轨迹；（1） （2） 232(251)( )634SSKG sSSS2( )(3)(22)KG sS SSS2. 利用根轨迹对系统的稳定性进行分析，判断系统的稳定类型（结构稳定或条件稳定
15、）；3. 在根轨迹上求取闭环极点和根轨迹增益；4. 对于条件稳定系统，绘制不同状态下的单位阶跃响应曲线三：实验结果三：实验结果(1)（2）四：实验结论分析四：实验结论分析（1） num=2 5 1;den=1 6 3 4;G=tf(num,den)Transfer function:2 s2 + 5 s + 1-s3 + 6 s2 + 3 s + 4 rlocus(G) rlocfind(G)Select a point in the graphics windowselected_point =0.0887 + 0.4284ians =1.4088（2） num=1;den=1 5 8 6 0;G=tf(num,den)Transfer function:1-s4 + 5 s3 + 8 s2 + 6 s rlocus(G) rlocfin
