實(shí)驗(yàn)二--典型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性分析.docx

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1、實(shí)驗(yàn)二典型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性分析一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)習(xí)和掌握動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測試方法。2．研究典型系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．觀測二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，測出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，并研究其參數(shù)變化對動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。2．觀測三階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，測出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，并研究其參數(shù)變化對動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。三．實(shí)驗(yàn)步驟1．熟悉實(shí)驗(yàn)裝置，利用實(shí)驗(yàn)裝置上的模擬電路單元，參考本實(shí)驗(yàn)附錄中的圖2.1.1和圖2.1.2，設(shè)計(jì)并連接由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路（如用U9、U15、U11和U8連成）。注意實(shí)驗(yàn)接線前必須對運(yùn)放仔細(xì)

2、調(diào)零（出廠已調(diào)好，無需調(diào)節(jié)）。信號輸出采用U3單元的O1、信號檢測采用U3單元的I1、運(yùn)放的鎖零接U3單元的G1。2．利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備觀測該二階系統(tǒng)模擬電路的階躍特性，并測出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。3．改變該二階系統(tǒng)模擬電路的參數(shù)，觀測參數(shù)對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。4．利用實(shí)驗(yàn)裝置上的模擬電路單元，參考本實(shí)驗(yàn)附錄中的圖2.2.1和圖2.2.2，設(shè)計(jì)并連接由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的三階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路（如用U9、U15、U11、U10和U8連成）。5．利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備觀測該三階系統(tǒng)模擬電路的階躍特性，并測出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。6．改變該三階系統(tǒng)模擬電路的參數(shù)，觀測參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)

3、定性與動(dòng)態(tài)指標(biāo)的影響。7．分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。軟件界面上的操作步驟如下：①按通道接線情況:通過上位機(jī)界面中“通道選擇”選擇I1、I2路A/D通道作為被測環(huán)節(jié)的檢測端口,選擇D/A通道的O1（“測試信號1”）作為被測對象的信號發(fā)生端口.不同的通道,圖形顯示控件中波形的顏色將不同。②硬件接線完畢后,檢查USB口通訊連線和實(shí)驗(yàn)裝置電源后，運(yùn)行上位機(jī)軟件程序,如果有問題請求指導(dǎo)教師幫助。③進(jìn)入實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶?，先對顯示模式進(jìn)行設(shè)置：選擇“X-t模式”；選擇“T/DIV”為1s/1HZ。④完成上述實(shí)驗(yàn)設(shè)置，然后設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，在界面的右邊可以設(shè)置系統(tǒng)測試信號參數(shù)，選擇“測試信號

4、”為“周期階躍信號”，選擇“占空比”為50%，選擇“T/DIV”為“1000ms”，選擇“幅值”為“3V”，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)整幅值，以得到較好的實(shí)驗(yàn)曲線，將“偏移”設(shè)為“0”。以上除必須選擇“周期階躍信號”外，其余的選擇都不是唯一的。要特別注意，除單個(gè)比例環(huán)節(jié)外，對其它環(huán)節(jié)和系統(tǒng)都必須考慮環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，如仍選擇“輸入波形占空比”為50%，那么“T/DIV”至少是環(huán)節(jié)或系統(tǒng)中最大時(shí)間常數(shù)的6～8倍。這樣，實(shí)驗(yàn)中才能觀測到階躍響應(yīng)的整個(gè)過程。⑤以上設(shè)置完成后，按LabVIEW上位機(jī)軟件中的“RUN”運(yùn)行圖標(biāo)來運(yùn)行實(shí)驗(yàn)程序，然后點(diǎn)擊右邊的“啟動(dòng)/停止”按鈕來啟動(dòng)實(shí)

5、驗(yàn)，動(dòng)態(tài)波形得到顯示，直至周期響應(yīng)過程結(jié)束，如上述參數(shù)設(shè)置合理就可以在主界面圖形顯示控件中間得到環(huán)節(jié)的“階躍響應(yīng)”。⑥利用LabVIEW軟件中的圖形顯示控件中光標(biāo)“Cursor”功能觀測實(shí)驗(yàn)結(jié)果；改變實(shí)驗(yàn)裝置上環(huán)節(jié)參數(shù)，重復(fù)⑤的操作；如發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，看不到“階躍響應(yīng)”全過程，可重復(fù)④、⑤的操作。⑦按實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要，將圖形結(jié)果保存為位圖文件。3．分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。四．實(shí)驗(yàn)過程及分析1．典型二階系統(tǒng)典型二階系統(tǒng)的方塊結(jié)構(gòu)圖如圖2.1.1所示：其開環(huán)傳遞函數(shù)為，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為，其中，取二階系統(tǒng)的模擬電路如圖2.1.2所示，實(shí)驗(yàn)參數(shù)取R0＝Rf=200k，R

6、1＝200k，R2＝100k，C1＝1uF，C2＝1uF，R=10k。Rx為元件庫U4單元(針對使用的是自控實(shí)驗(yàn)箱)或者U1單元(針對使用的是自控實(shí)驗(yàn)臺)的220K可調(diào)電阻。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連線之前，先將U9單元兩個(gè)輸入端的100K可調(diào)電阻均順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底（即調(diào)至最大），使電阻R0、Rf均為200K;將U13單元輸入端的100K可調(diào)電阻順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底（即調(diào)至最大），使輸入電阻R1的總阻值為200K;C1在U13單元模塊上。將U15單元輸入端的100K可調(diào)電阻逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底（即調(diào)至最小），使輸入電阻R2的總阻值為100K;C2位于U15單元上。U8單元為反相器單元，將U8單元

7、輸入端的10K可調(diào)電阻逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底（即調(diào)至最?。?，使輸入電阻R的總值為10K;注明：所有運(yùn)放單元的+端所接的100K、10K電阻均已經(jīng)內(nèi)部接好，實(shí)驗(yàn)時(shí)不需外接。調(diào)節(jié)Rx分析二階系統(tǒng)的三種情況,該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖2.1.3所示：2.1.3a，2.1.3b，2.1.3c分別對應(yīng)二階系統(tǒng)在過阻尼，臨界阻尼，欠阻尼三種情況下的階躍響應(yīng)曲線：打開labview的時(shí)域特性程序后，軟件界面的參數(shù)設(shè)置如下:測試信號1：階躍幅值1：5V（偏移0）頻率/周期：2.5s（占空比90%）,運(yùn)行程序，直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對電路連接圖分析可以得到相關(guān)參數(shù)的表達(dá)式T0=R1C1;T