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1、实验一典型环节的瞬态响应和动态分析1、一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响一、实验目的：通过实验加深理解如何将一个复杂的机电系统传递函数看做由一些典型环 节组合而成，并且使用运算放大器来实现各典型环节，用模拟电路来替代机电 系统，理解时间响应、阶跃响应函数的概念以及时间响应的组成，掌握时域分 析基本方法。二、实验内容 自行设计一阶环节。 改变系统参数T、K （至少二次），观察系统时间响应曲线的变化。 观察T、K对系统的影响。三、实验原理：使用教学模拟机上的运算放大器，分别搭接一阶环节，改变时间常数 T,记 录下两次不同时间常数T的阶跃响应曲线，进行比较（可参考下图：典型一阶系 统的单位阶跃响应曲
2、线）。典型一阶环节的传递函数：G （ S） =K（ 1+1/TS）其中：T 二RC K-Rq/R,典型一阶环节模拟电路：典型一阶环节的单位阶跃响应曲线:i 21314 J bif三0j-0.982t =5Tc(5T) 0.993典型一阶系统的单負阶虞响应曲线四、实验方法与步骤1）启动计算机，在桌面双击“ Cybernation_A.exe ”图标运行软件，阅览使用 指南。2） 检查USB线是否连接好，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/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。3）在实验项目下拉框中选中本次实验，点击 按钮，参数设置要与实验系统参数一致，设
3、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继续进行实验。4）保持艮=1003，C =0ZF不变，分别令R2 =1003,2003，改变系统参 数T、K,观察并记录系统时间响应曲线的变化。五、实验数据整理与分析：1）实验数据与响应函数R2 =100KC, R1 =100K0，C =0.1AF，理论值：K=R2/Rj=1, T = R2C =10ms 实验值：K = R2 / 艮=0.91T = R2C =9.87援顶目績-、趟礴RXW舷E 5.01DD02000100040W5000闻 QQ700DQaoo9QDD10QM：阿。甥一
4、 WiXims-iimv旅信号谒 砌：1DD0 U15 + 100D D15 电平：idwoiy idcooiY 即采华：10DD *101053000-200DOOQ中口0J -5000X1c ：-1QHN1QQQPTi5QD0 fS-SOW1QQQDftSR =200K，尺=1003 , C =0.2F理论值：k=R2/Ri=2, T = R2C =20ms实验值：K = R2/R,=1.87, T 二 R2C=19.75ms自功控甜理i实鲨系st7 IE lx100QQ-50001000Q1DOOOSISYi50DD Yz2）结果分析由图可以看出，K值增大时，一阶惯性环节的响应曲线幅值增
5、大， T值表征 了系统过渡过程的品质，T值增大时，系统响应变慢，达到稳定值的时间延长。2、二阶环节的阶跃响应及时间参数的影响一、实验目的1. 学会建立典型的二阶系统数学模型与传递函数。2、加深对系统瞬态误差与稳态误差等概念的理解。3、研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率n对系统动态性能的响。定量分析和n与最大超调量Mp和调节时间t S之间的关系。4. 掌握二阶系统时域性能指标的测量方法。二、实验内容 在模拟机上，自行设计二阶系统、观察开环系统时域响应曲线； 采用单位反馈构成闭环系统。 计算该二阶系统模拟电路的阻尼比Z与固有频率3 no 改变Z记录两种不同Z 下，二阶系统的单位阶跃响应
6、曲线 ，将理论值与实测值进行比较。 讨论典型二阶系统性能指标 Mp、ts与Z, 3 n的关系。三、实验原理1、二阶系统的数学建模二阶系统是由一个比例环节和两个惯性所构成，参考电路图如下:二阶系统阶彊响应的电路图2、二阶系统单位反馈方块图为:3、二阶系统单位反馈传递函数为:0 )( )爲占+1 石心+1 _K用 H1(7 + 1)(石左 + 1)+疋石占+1八爲左+ 1K 1 +疋7；町存+（爲+兀怡+ 1 +瓷1 +丈 7；r上式中令, KJ1+K此,= J+K q 理T. +T = 1 27?；(1+Q4、不同阻尼比下二阶系统的单位阶跃响应曲线不阖g下二阶系统的单位阶甌响应曲线四、实验方法与
7、步骤 实验方法同上，在参数设置对话框中设置目的电压 U仁1000m V 先做二阶系统的开环时域响应，观察其曲线的变化。 将二阶开环系统进行单位反馈，组成二阶闭环系统，观察闭环响应曲线（注意：单位反馈的接连）。五、实验数据整理与分析:R, =800KJ R2 =200KJC =1平，理论值：2门兀(1 K)0.033，1 KF2二 15rad/s，M p =e =90.15%ts3=6.06s白控粘理達虫蜀轟*tR =5OOKJR2 =200KC = WF , 理论值：丁2=0.041 ,2亦(仆)=12.25rad/s-2Mp=e=87.90%,ts=5.97s目的换-iaoo mV 章1ft
8、: iaaa * loius 4口-9DDD自型控制理论实鳌系SE卖蓝项m EfLS : |i.二掘r晖应工具W緬冃|目用.iwo営口口a3 口 口40005口口6aaa700日口waioooq51=100 序若二 畀津f : X imr- 1f imV30002DDD1DDD-4DDQ!Xl=0 XS=1000D | Xl X2l =10000T15DDD Tl-DOD100003R =200 KR2 =200K JC,理论值：12兀(1 K)=0.071自切控老电论实益乐誌=7.07rad/s.IODO2DDO40003QQQHODD1DDD-HOOD-3DDD-4OOD雪非二 W4kf?
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