实验二-二阶系统的动态特性与稳定性分析.docx

实验二-二阶系统的动态特性与 稳定性分析 自动控制原理 实验报告 实验名称： 二阶系统的动态特性与稳定性分析 班 级： 姓 名： 学 号： 实验二二阶系统的动态特性与稳定性分析 一、 实验目的 1、 掌握二阶系统的电路模拟方法及其动态性 能指标的测试技术过阻尼、临界阻尼、欠阻尼 状态 2、 分析二阶系统特征参量（n，）对系统动态 性能的影响； 3、 分析系统参数变化对系统稳定性的影响，加 深理解“线性系统稳定性至于其结构和参数有 关，与外作用无关”的性质； 4、 了解掌握典型三阶系统的稳定状态、临界稳 定、不稳定状态； 5、 学习二阶控制系统及其阶跃响应的 Matlab 仿真和simulink实现方法。 二、 实验内容 1、 构成各二阶控制系统模拟电路，计算传递函 数，明确各参数物理意义。 2、 用Matlab和simulink仿真，分析其阶跃响 应动态性能，得出性能指标。 3、 搭建典型二阶系统，观测各个参数下的阶跃 响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量 %、 将二阶系统固有频率 将二阶系统固有频率 n 12.5保持不变，测试阻尼 将二阶系统固有频率 将二阶系统固有频率 n 12.5保持不变，测试阻尼 峰值时间tp以及调节时间ts,研究其参数变 化对典型二阶系统动态性能和稳定性的影响； 4、搭建典型三阶系统，观测各个参数下的阶跃 响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量 ％、 峰值时间tp以及调节时间ts，研究其参数变 化对典型三阶系统动态性能和稳定性的影响； 5、将软件仿真结果与模拟电路观测的结果做 比较。 三、实验步骤 1、二阶系统的模拟电路实现原理 将二阶系统： 2 G（s） 2 2 n——2可分解为一个比例环节，一 S 2 ns n 个惯性环节和一个积分环节 Uo(S) R2 R3 R6 2 U i(s) RMR3R6 R2R4R5C2 R2R4R5C1C2S) R2 R4 R2 R4 R5C1C2 R3R2 R4 R5 C1C2 1 2 R6C2S S n S2 2 nS 2、研究特征参量 对二阶系统性能的影响 系数 不同时系统的特性，搭建模拟电路，改变 电阻R6可改变的值 TOC \o "1-5" \h \z 当R6=50K时，二阶系统阻尼系数 =0.8 当R6=100K时，二阶系统阻尼系数 =0.4 当R6=200K时，二阶系统阻尼系数 =0.2 用Matlab软件仿真实现二阶系统的阶跃响 应，计算超调量％、峰值时间tp以及调节时间 ts。 当 n 12.5， 0.8 时： clear g=tf(12.5A2,[1 25*0.8 12.5八2]), step(g) Tran sfer fun cti on: 156.3 sA2 + 200 s + 156.3 Step Resp onse System : System : g Tim e (sec): 0.409 Am plitude: 1.02 System : System : g Time (sec): 0.333 Am plitude: 1 System : System : g Tim e (sec): 0.271 聿 .Am plitude: 0.95 System : g Tim e (sec): 0.12 Am plitude: 0.5 e o.8 A 0.6 0.4 0.2 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Time (sec) 超调量：%=2% ; 峰值时间：tp=0.409s 调节时间：ts=0.271s 当 0.4时 g=tf(12.5八2,[1 25*0.4 12.5八2]), step(g) Tran sfer fun cti on: 156.3 sA2 + 10 s + 156.3 Step Resp onse1.40 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Step Resp onse 1.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Time (sec) 超调量：％=25% ; 峰值时间：tp=0.254s 调节时间：ts=0.608s 当 0.2时 g=tf(12.5A2,[1 25*0.2 12.5A2]), step(g) Tran sfer fun cti on: 156.3 sA2 + 5 s + 156.3 Step Response1. Step Response 1. PAGE # Step Response1. Step Response 1. PAGE # 1.4System : g 仁Tim e (sec): 0.144Am plitude: 0.9941System : g 1.4 System : g 仁 Tim e (sec): 0