陈sir-实验三--高阶系统的瞬态响应和稳定性分析

姓名：陈，H学号：XXXXXXXX班级：电气实验三高阶系统的瞬态响应和稳定性分析一、实验目的1．通过实验，进一步理解线性系统的稳定性仅取决于系统本身的结构和参数，它与外作用及初始条件均无关的特性；2．研究系统的开环增益K或其它参数的变化对闭环系统稳定性的影响。二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台；2．PC机一台(含“THBDC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。三、实验内容观测三阶系统的开环增益K为不同数值时的阶跃响应曲线。四、实验原理三阶系统及三阶以上的系统统称为高阶系统。一个高阶系统的瞬态响应是由一阶和二阶系统的瞬态响应组成。控制系统能投入实际应用必须首先满足稳定的要求。线性系统稳定的充要条件是其特征方程式的根全部位于S平面的左方。应用劳斯判断就可以判别闭环特征方程式的根在S平面上的具体分布，从而确定系统是否稳定。本实验是研究一个三阶系统的稳定性与其参数Ｋ对系统性能的关系。三阶系统的方框图和模拟电路图如图3-1、图3-2所示。图3-1三阶系统的方框图图3-2三阶系统的模拟电路图（电路参考单元为：U7、U8、U9、U11、U6）图3-1系统开环传递函数为：)15.0)(11.0()1)(1()(2121SSSKKSTSTSKsG式中=1s，ST1.01，ST5.02，21KKK，XRKK510,121，（其中待定电阻Rx的单位为KΩ），改变Rx的阻值，可改变系统的放大系数K。由开环传递函数得到系统的特征方程为020201223KSSS由劳斯判据得0K12系统稳定K＝12系统临界稳定K12系统不稳定其三种状态的不同响应曲线如图3-3的a)、b)、c)所示。a）不稳定b）临界c）稳定图3-3三阶系统在不同放大系数的单位阶跃响应曲线五、实验步骤根据图3-2所示的三阶系统的模拟电路图，设计并组建该系统的模拟电路。当系统输入一单位阶跃信号时，在下列几种情况下，用上位软件观测并记录不同K值时的实验曲线。1．若K=5时，系统稳定，此时电路中的RX取100K左右；实验曲线如下图：2．若K=12时，系统处于临界状态，此时电路中的RX取42.5K左右(实际值为47K左右)；实验曲线如下图：3．若K=20时，系统不稳定，此时电路中的RX取25K左右。实验曲线如下图：六、实验报告要求1．画出三阶系统线性定常系统的实验电路，并写出其闭环传递函数，表明电路中的各参数。2．根据测得的系统单位阶跃响应曲线，分析开环增益对系统动态特性及稳定性的影响。七、实验思考题1．对三阶系统，为使系统能稳定工作，开环增益K应适量取大还是取小？答：对三阶系统，为使系统能稳定工作，开环增益K应适量取小。八、实验心得在实验过程中，我们遇到了很多的问题，如线路接线问题、波形问题、输出问题等等，这就要求我们需要更加仔细地阅读实验材料，认真地做好实验中的每一步，对实验目的和内容有更加深刻的认识与熟悉，能够发现问题并能迅速解决问题，在不断的解决问题的过程中逐步提升自己的实践动手能力以及对知识的熟悉掌握程度。通过此次实验，我们学到了很多平日在理论课堂上所不能学到的知识与经验，如实验前对实验仪器的检查，对电脑软件THBDC-1的实际操作，对输出波形的分析等等。这些经验对我们以后的学习将有着一定的帮助与启示，使我们对自己的专业和以后将从事的工作拥有更加全面的了解和认识。通过这次的实验，我们深刻认识到了自身动手实践能力的不足。从小学开始，学校的教育就一直以高考为最终目标，理论学习成为了学习的全部。进入大学后，实验课增加了很多，但长久以来的惯性思维使得我们仍是将理论学习作为重点，对实际操作不大重视。作为工程学科来说，应用才是最终目的，不论对于理论有多么熟悉，疏于实际操作的话将永远也成为不了一名合格的工科生。这次实验使得我们更加坚定了不断提高实践能力的决心。在今后的学习中，我们会合理安排，在学习理论知识的同时加强对自身实践动手能力的锻炼。在这次实验中过程中，我们发现事先做好实验的预习及准备工作是非常必要的，否则在实验室当中或实验过程当中出现问题后才回过头来一个个检查是非常浪费时间的，而且还比较容易把自己弄混淆。