《自動控制原理》獨立設課實驗指導書實驗二二階系統特征參數對系統性能的影響一．實驗目的1．研究二階系統特征參量（ω,ξ）對系統性能的影響；n2．研究斜坡輸入作用下二階系統的靜態誤差。3.掌握測試過渡過程的一種測試方法。二．實驗內容1．觀測特征參量ξ對二階系統性能的影響圖2-1二階系統模擬電路(ω＝12.5)n典型二階系統模擬電路如圖2-1所示，二階振蕩環節的傳遞函數為：U(s)ω20=nU(s)S2+ξωS+ω2inn其固有頻率ω＝12.5n二階系統阻尼系數ξ＝0.2，選取＝200K。二階系統阻尼系數ξ＝0.4，選取＝100K。二階系統阻尼系數ξ＝0.8，選取＝50K。（1）連接虛擬示波器：將實驗電路A2CH2信號與示波器通道CH1相連接（2）輸入階躍信號，通過虛擬示波器觀測不同特征參量ξ下輸出階躍響應曲線,并記錄曲線的超調量σ%、峰值時間以及調節時間ts。2．觀測特征參量ωn對二階系統性能的影響二階系統模擬電路如圖2-2所示，其阻尼系數ξ＝0.4：第1頁共6頁《自動控制原理》獨立設課實驗指導書圖2-2二階系統模擬電路(ξ＝0.4)A．當R5＝256K、R6=200K時，則該二階系統固有頻率ω＝6.25nB．當R564K、R6=100K時，二階系統固有頻率ω＝12.5nC．當R516K、R6=50K時，二階系統固有頻率ω＝25n輸入階躍信號，通過虛擬示波器觀測不同特征參量ω下輸出階躍響應曲線,并記錄n曲線的超調量σ%、峰值時間tp以及調節時間ts。3．觀測斜坡輸入作用下二階系統的靜態誤差給定的二階系統模擬電路如圖2-3所示：圖2-3二階系統模擬電路（1）設置函數發生器：ABA3的“IN32”端子相連接；C周期性的產生斜波信號，調節“調幅”旋鈕可改變斜波信號的斜率。（2）搭建二階系統模擬電路：AA3OUT3A1IN12A1OUT1A2IN21A2OUT2A3IN33”相連接；B．按照圖1-3-3選擇撥動開關：圖中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=500K、R5＝64K、R6=500K、R7=10K、R8=10K、C1=2.0uF、C2=1.0uF第2頁共6頁《自動控制原理》獨立設課實驗指導書將A3的、S6、S10A1的S4、S10，A2的、S14撥至開的位置；（3）連接虛擬示波器：方法同前。（4）輸入斜坡信號，通過虛擬示波器觀測響應曲線A．調節函數發生器的“調幅”旋鈕，使斜坡斜率恒定，分別改變R4R5、K形，觀測并記錄穩態誤差結果。B．保持R4=500K、R564K、R6=500K阻值不變即保持開環增益K不變，調節“調幅”旋鈕，使斜波斜率由小增大，繪制不同斜率下輸出的波形，觀測并記錄穩態誤差結果。四．實驗結果1．討論系統特征參量（ω，ξ）變化時對系統性能的影響。n2．根據電路圖中的參數計算下表中的理論值，并和實測值一起填入表2-1、表2-2中表2-1超調量峰值時調節時間二階系統特征參量值實測階躍響應曲線σ%理實間tp理實理ts實論測論測論測值值值值值值ξ＝0.2ω＝nξ＝0.412.5ξ＝0.8第3頁共6頁《自動控制原理》獨立設課實驗指導書表2-2超調量峰值時調節時間二階系統特征參量值實測階躍響應曲線σ%理實間tp理實理ts實論測論測論測值值值值值值ω＝n6.25ξ＝0.4ω＝n12.5ω＝n253．根據斜坡輸入作用下二階系統的靜態誤差實驗結果填寫下表2-3、表2-4中。表2-3開環增益K實測響應曲線穩態誤差斜坡斜率R（t）不第4頁共6頁《自動控制原理》獨立設課實驗指導書變結論：斜率一定時，若K增大，則穩態誤差。表2-4斜坡斜率實測響應曲線穩態誤差開環增益K不變結論：開環增益一定時，若斜率減小，則穩態誤差。第5頁共6頁《自動控制原理》獨立設課實驗指導書五、思考題1.輸入階躍信號的幅值應如何考慮為最佳？2.為什么要同時觀察輸入階躍信號和系統輸出響應信號？3.實驗線路中如何確保系統是負反饋？4.圖2-1中A1的輸出“OUT1”和“