自动控制原理实验：系统响应与稳定性分析

"该实验课件是关于《自动控制原理》的实验三，主题为典型系统瞬时响应和稳定性及系统校正。内容涵盖了二阶系统和一阶系统的模拟研究，探讨了系统参数变化对响应及稳定性的影响，以及校正装置的作用。实验还涉及了开环放大系数与静态性能的关系，通过不同设置来观察稳态误差的变化。实验要求和报告内容包括绘制和分析响应曲线，研究系统参数与性能指标的联系，以及讨论校正和静态误差的影响。" 本实验主要关注自动控制系统的瞬态响应和稳定性，通过模拟研究一阶和二阶典型系统来实现这一目标。首先，二阶系统的开环传递函数是关键，它决定了系统的动态特性。这个函数通常表示为 `G(s) = K / (s^2 + 2ζω_n s + ω_n^2)`，其中 `K` 是开环增益，`ζ` 是阻尼比，`ω_n` 是自然振荡频率。通过调整这些参数，可以研究它们如何影响系统的超调量（p%）、调节时间（ts）以及稳定性。 实验内容一中，学生将模拟典型二阶系统，观察参数变化如何改变瞬态响应和稳定性。例如，通过改变阻尼比 `ζ` 和自然振荡频率 `ω_n`，可以探究系统的振荡特性、超调和收敛速度。 在内容二中，一阶系统的开环传递函数为 `G(s) = K / (1 + Ts)`，其中 `K` 是开环放大系数，`T` 是时间常数。实验要求学生调节输入电压并改变电阻值，从而改变开环放大系数，以此观察其对系统稳态误差的影响。通过收集不同放大系数下的输出电压数据，可以理解放大系数与静态性能的关系。 实验要求明确指出，学生需要根据指定的输入电压进行操作，重点关注二阶系统，并记录一阶系统的输出电压。实验报告应包含对数据的整理，如在二阶系统响应曲线上的超调量和调节时间标注，以及这些指标与系统参数的关系分析。此外，还需要讨论校正装置如何改善系统性能，并解释一阶系统中静态误差产生的原因以及与开环放大系数之间的联系。 通过这样的实验，学生不仅能够理论联系实际，掌握控制系统的基本概念，还能深入理解系统设计和优化中的关键因素，为今后在自动控制领域的实践打下坚实基础。