《自动控制原理》实验课件：实验三 典型系统瞬时响应和稳定性及系统校正.ppt

实验三“典型系统瞬时响应和稳定性及系统校正”主要关注自动控制理论中的系统动态特性和稳定性分析，以及如何通过校正改善系统性能。在本实验中，学生将研究一阶和二阶系统的特性，重点是瞬态响应、稳定性和静态性能。 一阶系统和二阶系统的区分基于其传递函数的复杂度。一阶系统是指传递函数分母中包含的S的阶次为1，而二阶系统则为2。这种分类方法反映了系统响应速度和动态行为的差异。控制系统的型别通常由开环传递函数中积分环节的数量决定，这直接影响系统的稳定性和响应质量。 实验内容主要包括两部分： 1. **典型二阶系统的模拟研究**：二阶系统的开环传递函数为KG SS TS=+222，闭环传递函数为12,KnTKTwx==。通过改变系统参数，如二阶系统的自然振荡频率Wn和阻尼系数ζ，可以研究它们如何影响系统的瞬态响应和稳定性。例如，超调量pd（输出量最大值超出稳态值的百分比）和调节时间ts（系统达到设定误差带所需的时间）是评估系统性能的关键指标。 2. **研究一阶系统的开环放大系数与静态性能的关系**：通过改变一阶系统的开环放大系数KG，可以观察其对系统稳态误差的影响。增大放大系数通常可以提高系统的跟踪精度，但可能会牺牲动态性能。 实验要求学生记录和分析数据，理解超调量pd和调节时间ts与系统参数（ζ、Wn、K、T）的关系，以及校正装置如何改变这些特性。此外，还需探讨一阶系统在阶跃响应中产生静态误差的原因，指出静态误差与开环放大系数之间的联系。 在这个过程中，校正是改善系统性能的重要手段。校正装置可以调整系统的相位和增益，以优化动态响应，比如减小超调、缩短调节时间或增加稳定性裕量。对于一阶系统，静态误差通常是由于系统无法完全消除输入信号的初始偏差，而开环放大系数直接影响系统消除这种偏差的能力。 实验报告应包括整理的数据、曲线分析以及对系统性能改进的深入讨论。通过这样的实验，学生能够直观地理解控制系统理论，并学会如何应用这些知识来设计和优化实际的控制系统。