时域分析法.doc

实验一 时域分析法 实验目的 掌握系统性能指标三方面的具体要求。 熟悉动态性能中超调量和调节时间的计算，及稳态性能与稳态误差计算。 掌握典型一阶、二阶系统的动态响应特性。 理解主导极点的概念，知道高阶系统的近似方法。 二． 实验内容 1.一阶系统的动态性能分析 根据闭环传函： 要求：分别固定静态增益K和时间常数T，观察另一个参数变化时，典型一阶系统阶跃响应曲线的变化情况。 2.二阶系统的动态性能分析 典型二阶系统的开、闭环传函如下： 给定自然频率Wn，改变阻尼比ζ，观察系统在过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、无阻尼和负阻尼时的阶跃响应曲线。 在欠阻尼时，观察阶跃响应曲线与阻尼比之间的关系。 取阻尼比为最佳阻尼比，观察改变自然频率对系统动态性能的影响。 3.有零点二阶系统的动态性能分析 观察增加一个开环零点二阶系统的阶跃响应曲线，改变零点位置，记录系统动态性能的变化。 4.高阶系统的动态性能分析 三阶系统闭环传函如下： 改变极点P的位置，观察当P5时对系统动态性能的影响，理解闭环主导极点的概念。 控制系统的稳态性能分析 观察0型系统在单位阶跃响应下的稳态误差，Ⅰ型系统在单位斜坡输入下的稳态误差，Ⅱ型系统在抛物线输入下的稳态误差。掌握静态误差系数的定义与计算。 总结报告 一阶系统的动态性能分析 K=2 T=3，5，10，14 结论： 由图可知，在静态增益K不变的情况下，T值越小，系统响应调节越小，响应越快。T值越小，其响应过程越快，反之，惯性越大，T值越大，响应越慢。 T=10 K=2，5 结论： 由图可知，在时间常数T不变的情况下，K值越大，系统响应调节时间越短，响应越快。故在T保持不变的情况下，K值越大，系统响应越快。 二阶系统的动态性能分析 （1）给定自然频率Wn，改变阻尼比ζ，观察系统在过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、无阻尼和负阻尼时的阶跃响应曲线。 结论： 由图可知，二阶系统在=0时，系统处于无阻尼状态，系统的阶跃响应为等幅震荡。=0.5时，系统处于欠阻尼情况，系统的阶跃响应为衰减震荡过程。二阶系统在=1时，系统处于临界阻尼状态，阶跃响应是非周期的趋于稳态的输出。二阶系统在=2时，系统处于过阻尼状态，阶跃响应式非周期的趋于稳态输出，但响应速度比林杰组你情况缓慢。 取阻尼比为最佳阻尼比，观察改变自然频率对系统动态性能的影响。 固定=0.707 令Wn=1，Wn=2. 结论：由图可知，当二阶系统具有相同的，其振荡特性相同但相应的速度不同，Wn越大，响应速度越快。 3.有零点二阶系统的动态性能分析 结论： 由图可知，峰值时间减小，调节时间减小，超调量增大。系统响应速度加快。Z=1较Z=0情况相比峰值时间增大，调节时间增大，超调量减小。即增加零点越小，系统响应速度越快。 4.高阶系统的动态性能分析 结论： 由图可知，随着极点数目的增加，上升时间减小，超调量减小，因此，增加零点，使系统的响应速度减慢。 5.控制系统的稳态性能分析 观察0型系统在单位阶跃响应下的稳态误差，Ⅰ型系统在单位斜坡输入下的稳态误差，Ⅱ型系统在抛物线输入下的稳态误差。掌握静态误差系数的定义与计算。 结论： 由图可知，对于I型单位反馈系统，稳态输出速度与输入速度相同，但存在一态系统误差，其数值与输入速度信号的斜率R成正比，而与开环增益K成反比。 II型系统在抛物线输入下的稳态误 结论：由图可知，对于II型单位反馈系统，稳态输出的加速度与输入加速度函数相同，但存在一定的稳态位置误差，其值与输入加速度信号的变化率R成正比，而与开环增益K成反比。 过阻尼 临界阻尼 欠阻尼 无阻尼 负阻尼 Z=1 Z=2 速度输入与误差 阶跃输入与误差 加速度输入与误差