THBDC-1平台时域分析：二阶系统动态性能研究

"本次实验是北京工业大学自动控制原理的第二次实验，主要围绕THBDC-1控制理论实验平台进行时域分析，旨在让学生理解和掌握不同系统动态性能的测试与参数调节方法，关注于阻尼比ζ和自然频率ωn对二阶系统的影响。实验过程中，通过对系统连接、设置不同参数，观察并分析了欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态下系统的动态响应。此外，实验还探讨了系统对阶跃和斜坡输入信号的响应，以及开环和闭环传递函数的概念。" 在自动控制原理中，阻尼比ζ和自然频率ωn是衡量二阶系统动态性能的重要参数。ζ决定了系统的阻尼程度，ζ<1表示欠阻尼，ζ=1表示临界阻尼，ζ>1表示过阻尼。实验数据显示，ζ值的变化直接影响系统的超调量，ζ越小，超调量越大，系统响应更加活泼但可能不稳定；反之，ζ越大，超调量减小，系统稳定但响应速度变慢。 实验中通过改变电阻RX的值，调整了ζ的大小，观察到了不同的系统响应曲线。例如，当ζ=0.3937时，系统呈现较大超调；而ζ=0.7052时，超调明显减少。通过调整电容C的值，可以改变自然频率ωn，从而影响系统的响应速度。 在处理阶跃输入信号时，若信号幅值过大，可能导致输出响应的稳态值超出测量范围，造成数据失真、精度下降，甚至可能使系统进入非线性区域，影响实验的稳定性和准确性。因此，合理控制输入信号的幅值至关重要。 负反馈是控制理论中的核心概念，通过将输出信号的一部分引回输入端，可以改善系统性能，降低稳态误差，提高稳定性。如果反馈信号完全等同于输入信号，即为单位负反馈，这在电路中可以通过直接连接输出至输入端来实现。 在本实验中，二阶系统对阶跃输入信号的稳态误差为零，原因在于系统包含了积分环节，当系统达到稳态时，积分环节之前的输入为零，使得整个系统对阶跃输入的响应趋向于一个稳定的值，从而实现了零稳态误差。 总结来说，这次实验深入探讨了控制系统的基本概念，包括系统的动态特性、参数调整、输入信号的影响，以及负反馈的作用，为学生提供了实际操作和理解自动控制原理的机会。