二阶系统阶跃响应实验_实验2二阶系统的阶跃响应及稳定性分析实验

实验2二阶系统的阶跃响应及稳定性分析实验

实验室二二阶系统的阶跃响应及稳定性分析实验一．实验目的 1.熟悉二阶模拟系统的组成。 2.研究二阶系统分别工作在等几种状态下的阶跃响应。 3.学习掌握动态性能指标的测试方法，研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。二，实验内容 1. ZY17AutoC12BB自动控制原理实验箱。 2. 双踪低频慢扫示波器。四．实验原理典型二阶系统的方法块结构图如图2.1所示：图2.1 其开环传递函数为，为开环增益。其闭环传递函数为，其中取二阶系统的模拟电路如图2.2所示：该电路中该二阶系统的阶跃响应如图所示：图2.3.1，2.3.2，2.3.3，2.3.4和2.3.5分别对应二阶系统在过阻尼，临界阻尼，欠阻尼，不等幅阻尼振荡(接近于0)和零阻尼(=0)几种状态下的阶跃响应曲线。改变元件参数Rx大小，可研究不同参数特征下的时域响应。当Rx为50k时，二阶系统工作在临界阻尼状态;当Rx50K时，二阶系统工作在欠阻尼状态;当Rx继续增大时，趋近于零，二阶系统输出表现为不等幅阻尼振荡；当=0时，二阶系统的阻尼为零，输出表现为等幅振荡(因导线均有电阻值，各种损耗总是存在的，实际系统的阻尼比不可能为零)。五. 实验步骤 1.利用实验仪器，按照实验原理设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路。此实验可使用运放单元(一)，(二)，(三)，(五)及元器件单元中的可调电阻。 (1)同时按下电源单元中的按键开关S001，S002，再按下S003，调节可调电位器W001,使T006(-12V—+12V)输出电压为+1V，形成单位阶跃信号电路，然后将S001,S002再次按下关闭电源。 (2)按照图2.2连接好电路，按下电路中所用到运放单元的按键开关。 (3)用导线将连接好的模拟电路的输入端于T006相连接，电路的输出端与示波器相连接。 (4)同时按下按键开关S001,S002时，利用示波器观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性曲线，并由实验测出响应的超调量和调节时间，将结果记录下来。 2.调节可调电阻，重复以上步骤，观测系统在过阻尼，临界阻尼和欠阻尼等状态下的阶跃特性曲线，记录各状态下的波形结果。 3.改变该二阶系统模拟电路的参数，重复以上步骤，观测参数变化对系统动态性能的影响。 4.分析试验结果，完成实验报告。六.实验报告 1.画出二阶系统的模拟电路图，并求出参数的表达式。 2.求出不同和条件下测量的Mp和ts值，观察测量结果得出相应结论。 3.画出二阶系统的响应曲线，并由Mp和ts值计算出系统的传递函数，并与模拟电路计算的传递函数相比较。七.实验思考题 1.如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？ 2.在实验线路中如何确保系统实现负反馈？如果反馈回路中有偶数个运算放大器，构成什么反馈？ .若模拟实验中C(t)的稳定值不等于阶跃输入函数r(t)的幅值，其主要原因可能是什么？

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