实验二 二阶系统阶跃响应在线视频

各位同学，今天我们来学习实验二

实验二二阶系统的节约响应

实验目的一

研究二阶系统的特征参数

阻尼比

和无阻尼自然频率

对系统动态性能的影响

定量分析

最大

超调量

和调节时间ts之间的关系

 
 
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00:00:53,399 --> 00:00:57,000
进一步学习实验系统的使用方法

 
 
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00:00:58,299 --> 00:01:02,000
学会根据系统的阶跃响应曲线确定

传递

函数

所用的

实验仪器

EL−AT−III型自动控制系统实验箱一台

计算机

一台

实验二的

实验原理

那么我们直接来

图2点1所示的

二阶系统模拟电路原理图

我们根据此原理

图可以得到图2.2

所示的二阶系统的

结构

图

在根据此结构图可以

推出

式

2.1

所示的

二阶系统的

闭环传递函数表达

 
 
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00:01:40,099 --> 00:01:41,200
那么我们将

此传递函

的表达式

与二阶系统的

标准

函数表达

做类比

我们就可以

知道

系统的阻尼比

等于

自然频率

由此可知，改变

R2

与R1

即可改变

二阶系统的阻尼比

改变rc的值即可改变无阻尼自然频率

那么接下来我们来看

具体的实验操作步骤

记录的内容

实验步骤

第一步

启动计算机在桌面双击图标

自动控制实验系统运行软件

二连接好实验箱的电源线

与计算机的数据线

测试

计算机

实验箱的

通信

是否正常

通信正常，则继续，如不正常则需要

查找原因

通信正常以后

才可

继续进行实验

三

根据

图2点1

所示的电路原理

连接好

电路

接通电源

在实验项目的下拉列表当中选择

实验二二阶系统节约响应

然后，鼠标单击运行按钮

弹出实验课题

参数

设置对话框

不改变任何参数

直接单击确定

等待

屏幕显示区

实验波形

即可得到如下图所示的

实验波形

根据实验指导书

表2—1参数

要求

完成实验电路的搭建

并完成实验结果

的观测

填入表2-1

在根据表2-1的不同的

参数记录那么

不同的

阻尼比

调节时间峰值时间

上升时间

列表

在分析系统的响应性能

那么接下来我们要来给大家

说一下实验二的实验数据的测量

实验数据的测量，我们以r1

等于一百千欧

R2=100千欧

所获得的

实验曲线为例来讲解实验数据的测量

其他参数下的

实验

曲线数据的测量方法相同

首先，我们改变电路的参数

获得R1

等于一百千欧r2也等于一百千欧

参数下的实验波形

那么，从此波形，我们可以看得出来

系统的响应为欠阻尼震荡响应曲线

接下来，我们点击

鼠标的右键选择测量工具

可在图形显示窗口的观测到四条

虚线两条水平虚线分别为y1

Y2 Y1位上侧的

虚线

Y2为下侧的曲线

用测量显示波形的

幅值

两条垂直的虚线

分别为

X1

X2

X1为左侧虚线

X2为右侧虚线

则是用来测量显示波形的响应时间

接下来我们

需要利用这四条虚线完成

超调量

调节时间上升时间

峰值时间这

四个

时域性能指标的测量，具体测量方法如下

第一步首先

拖动鼠标移动Y1

虚线放置于

实验曲线的起点

注意，我们在拖动鼠标

过程当中，可在显示窗口的右下角观测到

被移动点的放大影像利用

功能可实现数据的精确测量

完成Y1的侧量后

接下来，移动Y2放置于曲线的

最大值处

此时，在显示窗口读取

并记录

显示屏上的Y1减

Y2的绝对值

那么值

即为曲线的最大的值

或称之为峰值

即

第二步

保持上一步当中，y1

放置于曲线起点的位置不变

然后移动歪二

放置于曲线的

终值处，即将Y2曲线移动到

曲线保持恒定不变的位置

此时再次读取并记录

显示屏上y1与y2的

绝对值

该值即为曲线的终值

然后通过下式即可

计算出

里的超调量填入表2-1

第三步

保持前两部当中所移动的y1

和y2的位置不变

然后移动x1

位于y2

与实验曲线的第一个

交点处

此时读取

X1的值

并记入表2-1

 
 
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00:07:27,699 --> 00:07:28,300
记为

曲线的上升时间

第四步

依旧保持y一y二的放置位置不变

要更改

X1的位置

即我们在第三步的基础上

继续移动

X一的位置

那么将X1的位置

位于实验曲线最大

值处

那么此时

读出

X一的值即为曲线的峰值时间

tp，填入表二个

第五步

那么，在前几步的基础上

保持当前的

X1x2

y1和y2移动不变的情况下，我们

需要记录

当前，y2的坐标值

然后

分别将y1

在此坐标的基础

上移

c无穷乘上5%的距离

y2在此

坐标的基础上下移c无穷乘以5%

的距离

此时得到一个

非常

窄的y1和

y2的显示区域，那么这个区域即为

曲线的

误差

区域

最后

我们再来移动X1

找出

曲线与误差区域的

交点

这个交点即为

曲线完全

进入误差区域的

第一个交点

将X1移动位于

此交点以后

读出

此处对应的

X1的数值

即为

曲线的调节

时间

填入表

2-1

接下来，我们只

需要

按照

表2-1

更改

R1和r2的

取值

然后呢？

从事上述的步骤一

到步骤五

既可以获得

每一种

参数下的

实验

曲线的测量

那么

最后请大家观看

实验操作演示

并根据实验电路图

原理

完成

实验电路的搭建

和实验波形及数据的关测

及记录

各位同学，接下来我们来

看实验二的实物接线演示

那么，请大家先看

实验指导书图二点一

所示的二阶系统模拟电路图

那么，从这个图上我们可以看出

他要

实验一的

电路图要复杂

图当中

我们可以看出，有4级运放

因此，我们在接线的过程当中，那么可以

按照每一级运放

这样子来实现一个

极连

那么接下来我们来看

实物演示

那么，我们仍然选择的是

Da和AD1数据采集卡的Da1

作为数据输入端

那么，观测图二点一

大家可以看到，数据输入端

出来了以后

那么，需要去接的是一个一百千欧的电阻

将这个一百千欧的电阻，那么接入到

第一级集成运放的反向输入端

在第一级集成运放的反向输入端上，那么我们

需要并联上

一个

一μF的电容

反向输入端与输出端之间

并联上一个1μF的电容

那么同时我们

记好了

要将同向输入端

直接接地处理

那么，这个就是第一级运放的接线演示

输入

那么，接下来将第一级运放的输出

引出作为第二级运放的输入

观测图1.2，我们可以看到

接下来，我们仍然需要去接一个100

q千欧的电阻，然后再将

一百千欧的电阻接入第二级

运放的反向输入端

那么接下来

我们在

第二级运放的反相输入端

与输出端之间仍然

需要并联一个一μF的电容

那么第二级运算电路接线完成了以后

接下来我们要接第三级运放

那么这个时候，我们要将第二级运放

输出作为

第三级运放的

输入来接线，那么接下来我们来看

将第二级运放的输出

接一个一百千欧的电阻

然后

接到了第三级运放的

反向输入端，那么大家观测图2.1可知道

第三级运放的

反向输入端与输出端之间不再是并联电容了

是并联了一个100

千欧的

电阻

好呢，记得第三节运放的同相输入端仍然要

接地处理

接下来大家再看一下

2.1的接线所示

那么我们知道

第三级运放的输出不仅仅要作为整个系统的输出

还要作为第四级运放的

输入

以及

整个电路主反馈信号的输入

因此，在接线的过程当中

那么，我们需要将第三级运放的输出

首先，需要接到整个

系统的

输出AD和da采集卡的AD1端

好，那么接下来我们要将第三级运放

输出还要作为第四级运放的输入

那么我们观测一下图2.1所示的电路

2-1

表格所示，我们就知道了

R2和R1这两个电阻的阻值

是会发生变化的，因此我们在接

第四级运放的时候可以将这两个电阻

直接接成电阻箱

而不是固定电阻，那么

请大家观看实物

演示接线

就是将第三级运放的

输出端，那么直接接第一个

电阻箱

这个变阻箱代表的阻值极为R一所示的

电阻

好，那么变阻箱出来了以后要

接到的的是

第四级集成运放的反向输入端

那么接下来第四级集成运放

的反向输入端与输出端之间仍然是

需要并联上一个电阻，那么这个电阻我们可以接的是

变阻箱

接好了

那么，我们仍然要将

第四级的集成运放的同向输入端

与D进行连接

好，接下来大家再来看一下

2.1所示的电路当中，我们知道

第四级集成运放在整个电路当中，是做了一个

局部反馈

因此，我们需要将第四极运放的输出端

去接一个

一百千欧的电阻，然后反馈回电路的

第二级，运放的

输入端

因此，我们在实验箱上

由第四级运算

输出

然后找一个一百千欧的电阻

通过这个一百千欧的电阻将此

局部反馈反馈回

第二级运放

的反向输入端，完成

局部反馈的连接

那么，最后我们来看我们知道

第三级运放的输出还有

一根反馈线是直接反馈回第一级运放

那么通过电路，我们知道

我们需要从

第三级运放的输出

然后

再接一个一百千欧的电阻

由此，一百千欧的电阻

将主反馈信号引回

集成运放的第一级运放的

反向输入端

那么

大家来看一下

这个就是我们实验二的这样一个演示接线

那么接下来我们

通过计算机来观测实验二

波形输出

好，各位同学，今天我们实验二的课程到此结束

谢谢大家