《自动控制原理》实验三：二阶系统响应与稳定性校正详解

实验三《自动控制原理》主要关注的是典型系统的基本特性及其校正方法。本实验通过电子线路构建一阶和二阶系统，让学生深入理解系统的瞬时响应、稳定性以及校正装置的作用。 首先，实验目标包括： 1. 学习如何利用电子电路设计一阶和二阶系统，并掌握测量系统瞬态性能指标的技巧。 2. 研究二阶系统中，特别是其自然振荡频率ωn和阻尼系数ζ的变化对瞬态响应和稳定性的影响，这有助于理解系统动态行为的关键参数。 3. 了解校正装置如何影响系统的性能，如减少超调、改善响应速度等。 4. 探索一阶系统开环放大系数K与静态性能的关系，如稳态误差，这对于控制系统的设计至关重要。 实验内容分为两部分： 1. 典型二阶系统模拟研究：通过调整参数如开环增益K和时间常数T，学习如何构建并分析二阶系统的传递函数。学生需要测量并分析不同参数下系统的超调量和调节时间，理解这些参数如何影响系统的性能。 2. 一阶系统开环放大系数与静态性能研究：通过实际操作，观察不同R4电阻值对开环放大系数的影响，进而考察这如何影响稳态误差。学生需根据实验数据制作图表，分析静态误差与放大系数之间的关系。 实验要求明确规定了实验步骤，如输入电压、系统选择、图形打印和数据记录。特别是对一阶系统，除了图形，还需深入分析静态误差产生的原因，并讨论其与开环放大系数的关联。 最后，实验报告需包含的关键内容有： - 整理和分析实验数据，包括绘制二阶系统的超调量和调节时间曲线，以及探讨这些参数与系统参数的关系。 - 分析校正装置如何改善系统响应，如减小超调、缩短调节时间。 - 对一阶系统阶跃响应的静态误差进行深入剖析，阐述开环放大系数如何影响这种误差。 通过这个实验，学生不仅能够掌握理论知识，还能通过实践提升控制系统的理解和设计能力。