《二阶系统阶跃响应实验心得体会.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二阶系统阶跃响应实验心得体会.doc（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、二阶系统阶跃响应实验心得体会篇一：二阶系统阶跃响应实验报告实验一二阶系统阶跃响应一、实验目的（1）研究二阶系统的两个重要参数：阻尼比和无阻尼自振角频率n对系统动 态性能的影响。（2）学会根据模拟电路，确定系统传递函数。二、实验内容二阶系统模拟电路图如图2-1 所示。系统特征方程为Ts+KTs+1=0，其中T=RC，K=R0/R1。根据二阶系统的标准 形式可知，=K/2，通过调整K 可使获得期望值。三、预习要求（1） 分别计算出T=,= ， 时，系统阶跃响应的超调量P和过渡过程时间tS。?p?e，ts3T代入公式得：T=,= ，p=% ，ts=6s； T=,= ，p=% ，ts=3s； T=,=
2、 ，p=% ，ts=2s；（2） 分别计算出= ，T=,， 时，系统阶跃响应的超调量P 和过渡过程时间tS。= ，T=，p=% ，ts=； = ，T=，p=% ，ts=6s； = ，T=，p=% ，ts=12s；四、实验步骤（1） 通过改变K，使获得0，。等值，在输入端加同样幅值的阶跃信号，观察过渡过程曲线，记下超调量P 和过渡过程时间tS，将实验值和理论值进行比较。（2） 当= 时，令T= 秒， 秒， 秒（T=RC,改变两个C），分别测出超调量P 和过渡过程tS，比较三条阶跃响应曲线的异同。五、实验数据记录与处理： 阶跃响应曲线图见后面附图。 原始数据记录：（2）=，改变C的大小改变T值 理
3、论值与实际值比较： （1） T=对误差比较大，比如T=，=时，超调量的相对误差为30%左右。造成误差的原因主要有以下几个方面：（1） 由于R0是认为调整的阻值，存在测量和调整误差，且不能精确地保证的大小等于要求的数值；（2） 在预习计算中我们使用了简化的公式，例如过渡时间大约为34T/,这并不是一个精确的数值，且为了计算方便取3T/作统一计算；（3） 实际采样点的个数也可能造成一定误差，如果采样点过少，误差相对会大。六、实验总结通过本次实验，我们从图形上直观的二阶系统的两个参数对系统动态性能的影响，巩固了理论知识。其次我们了解了一个简单的系统是如何用电路方式实现的，如何根据一个模拟电路确定系统
4、的传递函数。 附图：（1） T=时： =0=（2） =时 T=T=篇二：二阶系统阶跃响应实验报告实验二、二阶系统阶跃响应一、实验目的1研究二阶系统的特征参数，阻尼比?和无阻尼自然频率?n对系统动态性能的影响。定量分析 和?n与最大超调量Mp和调节时间tS之间的关系。 2进一步学习实验系统的使用方法3学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实验设备型自动控制系统实验箱一台 2.计算机一台三、实验原理1模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系
5、统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 2. 域性能指标的测量方法： 超调量%：1）启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。 2) 检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。3) 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/
6、A卡的AD1输入，将两个积分电容连在模拟开关上。检查无误后接通电源。4) 在实验项目的下拉列表中选择实验二二阶系统阶跃响应 。 5) 鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果6) 利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：YMAX - Y%=100%YTP与TP：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到TP与TP。四、实验内容典型二阶系统的闭环传递函数为?2n?（S）（1）22s2?ns?n其中 和?n对系统的动态品质有决定的影响。构成图2-1
7、典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：图2-1 二阶系统模拟电路图电路的结构图如图2-2：图2-2 二阶系统结构图系统闭环传递函数为式中 T=RC，K=R2/R1。 比较（1）、（2）二式，可得 ?n=1/T=1/RC?=K/2=R2/2R1 （3）由（3）式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。改变RC值可以改变无阻尼自然频率?n。今取R1=200K，R2=100K?和200K?，可得实验所需的阻尼比。电阻R取100K?，电容C分别取1?f和?f,可得两个无阻尼自然频率?n。 五、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的
8、输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将两个积分电容得两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。2.启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。 3.测查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击按钮。出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信 正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。4.在实验项目的下拉列表中选择实验二二阶系统阶跃响应,鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果5.取?n=10rad/s, 即令R=100K?，C=1
9、?f；分别取?=、1、2，即取R1=100K?，R2分别等于100K?、200K?、400K?。输入阶跃信号，测量不同的?时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。6.取?=。即电阻R2取R1=R2=100K?；?n=100rad/s, 即取R=100K?，改变电路中的电容C=?f。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量?p和调节时间Tn。7.取R=100K?；改变电路中的电容C=1?f,R1=100K?,调节电阻R2=50K?。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录Tp和?p的数值。8.测量二阶系
10、统的阶跃响应并记入表中：（2）六、实验结果1、表格2、阶跃响应曲线图： （1）C=1uf，R1=100K,R2=0K（2）R1=100K R2=50k（3）R1=100kR2=100k（4）R1=100k R2=200K篇三：2. 实验二 二阶系统阶跃响应实验二 二阶系统阶跃响应一、 实验目的1. 研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率n对系统动态性能的影响，定量分析和n与最大超调量p和调节时间ts之间的关系。2. 进一步学习实验系统的使用。3. 学会根据系统的阶跃响应曲线确定传递函数。4. 学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。二、 实验原理典型二阶闭环系统的单位阶跃
11、响应分为四种情况：1）欠阻尼二阶系统如图1所示，由稳态和瞬态两部分组成：稳态部分等于1，瞬态部分是振荡衰减的过程，振荡角频率为阻尼振荡角频率，其值由阻尼比和自然振荡角频率n决定。（1）性能指标：调节时间tS: 单位阶跃响应C进人5%误差带，并且不再超出该误差带的最小时间。超调量% ；单位阶跃响应中最大超出量与稳态值之比。峰值时间tP ：单位阶跃响应C超过稳态值达到第一个峰值所需要的时间。结构参数：直接影响单位阶跃响应性能。（2）平稳性：阻尼比越小，平稳性越差（3）快速性：过小时因振荡强烈，衰减缓慢，调节时间tS长，过大时，系统响应迟钝。调节时间tS 也长，快速性差。调节时间最短，快速性最好。时
12、超调量%1）时此时系统有两个不相等的负实根，过阻尼二阶系统的单位阶跃响应无振荡无超调无稳态误差，上升速度由小加大有一拐点。三、 实验内容1. 搭建模拟电路典型二阶系统的闭环传递函数为：?Cw2nR?s2?2?w2ns?wn其中， 和n 对系统的动态品质有决定的影响。搭建典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：二阶系统模拟电路图其结构图为：系统闭环传递函数为：式中, T=RC，K=R2/R1。比较上面二式，可得：n=1/T=1/RC =K/2=R2/2R1 。2. 画出系统响应曲线，再由ts和Mp计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。（1）当R1=R=100K，C=1uF，n=10rad/s时： R2=40K，=，响应曲线：分析系统处于欠阻尼状态，01。系统的闭环根为两个不相等的实数根，系统处于稳定状态，其单位阶跃响应也为单调上升曲线，不过其上升的速率较临界阻尼更慢，系统无超调。 R2=0K，=0，响应曲线：分析：系统处于无阻尼或零阻尼状态，=0。系统的闭环根为两个共轭虚根，系统处于临界稳定状态（属于不稳定），其单位阶跃响应为等幅振荡曲线，又称自由振荡曲线，其振荡频率为n ，且n=1/（RC）。（2）当R=100K，C=，n=100rad/s时： R2=40K，=，响应曲线：分析：在相同阻尼比 的情况下。可见n 越大，上升时间和稳定时间越短。其稳定性也越好。
