华中科敦大总咆气电子覆总戎验钛总中心信与侧集合验指导节 (2)了解一个典型输入信号对不同类型系统所产生的稳态误差 (3)研究系统的开环增益K对稳态误差的影响 2.了解扰动信号对系统类型和稳态误差的影响。 3.研究减小直至消除稳态误差的措施 三、实验内容 设二阶系统的方框图如图122 N(s) C(s) 图12-2方框图 系统的模拟电路图如图12-3: RIl 10ER12 10K t) 10K 10K 图12-3图3-2的模拟电路图 进一步熟悉和掌握用模拟电路实现线性控制系统方框图以研究系统性能 的方法,在实验装置上搭建模拟电路: 2.自行设计斜坡函数信号产生电路,作为测试二阶系统斜坡响应的输入信 号(实验装置上只有周期性方波信号作为阶跃信号输入)。(提高性实验内容) 3.观测0型二阶系统的单位阶跃和斜坡响应,并测出它们的稳态误差。 4.观测Ⅰ型二阶系统的单位阶跃和斜坡响应,并测出它们的稳态误差。 观测扰动信号在不同作用点输入时系统的响应及稳态误差。 6.根据实验目的和以上内容,自行设计实验步骤。 四、实验设备 1.电子模拟装置1套。 2.数字或模拟示波器1台。 3.自行设计的斜坡信号产生电路,或实验室中的函数发生器(产生周期性 集学科优势 16 求改革创新
华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心 信号与控制综合实验指导书 集学科优势 - 16 - 求改革创新 （2）了解一个典型输入信号对不同类型系统所产生的稳态误差； （3）研究系统的开环增益 K 对稳态误差的影响。 2．了解扰动信号对系统类型和稳态误差的影响。 3．研究减小直至消除稳态误差的措施。 三、实验内容 设二阶系统的方框图如图 12-2： 系统的模拟电路图如图 12-3： 图 3-3 1．进一步熟悉和掌握用模拟电路实现线性控制系统方框图以研究系统性能 的方法，在实验装置上搭建模拟电路； 2．自行设计斜坡函数信号产生电路，作为测试二阶系统斜坡响应的输入信 号（实验装置上只有周期性方波信号作为阶跃信号输入）。（提高性实验内容） 3．观测 0 型二阶系统的单位阶跃和斜坡响应，并测出它们的稳态误差。 4．观测Ⅰ型二阶系统的单位阶跃和斜坡响应，并测出它们的稳态误差。 5．观测扰动信号在不同作用点输入时系统的响应及稳态误差。 6．根据实验目的和以上内容，自行设计实验步骤。 四、实验设备 1．电子模拟装置 1 套。 2．数字或模拟示波器 1 台。 3．自行设计的斜坡信号产生电路，或实验室中的函数发生器（产生周期性 N(s) R(s) C(s) 1 1 T1 s + 1 1 T2 s + K 图 12-2 方框图 图 12-3 图 3-2 的模拟电路图
华中科敦大总咆气电子覆总戎验钛总中心信与侧集合验指导节 斜坡信号) 五、实验步骤(参考 1.阶跃响应的稳态误差 1)当A()=1(0)、f1)=0时,且A1(s)、A3(S)为惯性环节,A2()为比例环 节,观察系统的输出C()和稳态误差es,并记录开环放大系数K的变化对 阶系统输出和稳态误差的影响。 (2)将A1(s)或A3(s)改为积分环节,·观察并记录二阶系统的稳态误差和 变化。 (3)当n(1)=0、f1)=1()时,扰动作用点在f点,且A1(s)、A3(s)为惯性环 节,A2(s)为比例环节,观察并记录系统的稳态误差ess。改变A2(s)的比例系 数,记录ess的变化 (4)当r()=0、f)=1(t)时,且A1(s)、A3(s)为惯性环节,A2(s)为比例环 节,将扰动点从f点移动到g点,观察并记录扰动点改变时,扰动信号对系 统的稳态误差ess的影响 (5)当(1)=0、f0)=1(1),扰动作用点在f点时,观察并记录当A1(s) A3(S)分别为积分环节时系统的稳态误差es的变化。 (6)当r(1)=1(t)、f1)=1(t),扰动作用点在f点时,分别观察并记录以下 情况时系统的稳态误差es: a.A1(s)、A3(s)为惯性环节: bA1(s)为积分环节,A3Ss)为惯性环节 c.A1(s)为惯性环节,A3Ss)为积分环节。 2.斜坡响应的稳态误差(提髙性实验内容): 参考以上阶跃响应步骤,写出斜坡信号输入时稳态误差测量实验步骤, 并完成该实验 六、实验报告 1.画出搭建的实验电路图(包括设计的斜坡信号产生电路)。 记录实验中各步骤以及观察到的波形变化(趋势或曲线)。 3.总结二阶系统哪些参数会影响系统的稳态误差,·提出减小直至消除系 统稳态误差的措施(分别叙述消除参考输入和扰动输入引起的误差的措施)。 七、实验思考题 1.系统开环放大系数K的变化对其动态性能(⑦p、、如)的影响是什么? 集学科优势 17 求改革创新
华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心 信号与控制综合实验指导书 集学科优势 - 17 - 求改革创新 斜坡信号）。 五、实验步骤（参考） 1．阶跃响应的稳态误差： (1) 当 r(t)＝1(t)、f(t)＝0 时，且 A1(s)、A3(s)为惯性环节，A2(s)为比例环 节，观察系统的输出 C(t)和稳态误差ｅSS，并记录开环放大系数Ｋ的变化对二 阶系统输出和稳态误差的影响。 (2) 将 A1(s)或 A3(s)改为积分环节，• 观察并记录二阶系统的稳态误差和 变化。 (3) 当 r(t)＝0、f(t)＝1(t)时，扰动作用点在 f 点，且 A1(s)、A3(s)为惯性环 节，A2(s)为比例环节，观察并记录系统的稳态误差ｅSS 。改变 A2(s)的比例系 数，记录ｅSS 的变化。 (4) 当 r(t)＝0、f(t)＝1(t)时，且 A1(s)、A3(s)为惯性环节，A2(s)为比例环 节，将扰动点从 f 点移动到 g 点，观察并记录扰动点改变时，扰动信号对系 统的稳态误差ｅSS 的影响。 (5) 当 r(t)＝0、f(t)＝1(t)，扰动作用点在 f 点时，观察并记录当 A1(s)、 A3(s)分别为积分环节时系统的稳态误差ｅSS 的变化。 (6) 当 r(t)＝1(t)、f(t)＝1(t)，扰动作用点在 f 点时，分别观察并记录以下 情况时系统的稳态误差ｅSS： a. A1(s)、A3(s)为惯性环节； b. A1(s)为积分环节，A3(s)为惯性环节； c. A1(s)为惯性环节，A3(s)为积分环节。 2．斜坡响应的稳态误差（提高性实验内容）： 参考以上阶跃响应步骤，写出斜坡信号输入时稳态误差测量实验步骤， 并完成该实验。 六、实验报告 1．画出搭建的实验电路图（包括设计的斜坡信号产生电路）。 2．记录实验中各步骤以及观察到的波形变化（趋势或曲线）。 3．总结二阶系统哪些参数会影响系统的稳态误差，• 提出减小直至消除系 统稳态误差的措施（分别叙述消除参考输入和扰动输入引起的误差的措施）。 七、实验思考题 1．系统开环放大系数Ｋ的变化对其动态性能(σp、ts、tp)的影响是什么？
华中科敦大总咆气电子覆总戎验钛总中心信与侧集合验指导节 对其稳态性能(ess)的影响是什么?从中可得到什么结论? 2.对于单位负反馈系统,当ess=lim()C(t)时,·如何使用双线示波 器观察系统的稳态误差?对于图32所示的实验线路,如果将系统的输入r() 送入示波器的ν通道,输出α(t)送入示波器的y通道,且y和y增益档放在 相同的位置,·则在示波器的屏幕上可观察到如图12-4所示的波形,这时你 如何确认系统的稳态误差ess? 图124实验中的波形 3.当n(1)=0时,实验线路中扰动引起的误差ess应如何观察? 4.当r(D)=1(t)、f=1()时,·试计算以下三种情况下的稳态误差es: R(S) C(s) 002s+1 0.02s+1 图12-5(a) R(s) 0.02s 0.02s+1 图12-5(b) N(s) R(S) 0.02s+1 0.02s 图12-5(c) 集学科优势 求改革创新
华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心 信号与控制综合实验指导书 集学科优势 - 18 - 求改革创新 对其稳态性能（ｅSS）的影响是什么？从中可得到什么结论？ 2．对于单位负反馈系统，当ｅSS＝lim[r(t)-C(t)]时，• 如何使用双线示波 器观察系统的稳态误差？对于图 3-2 所示的实验线路，如果将系统的输入 r(t) 送入示波器的 y1 通道，输出 C(t)送入示波器的 y2 通道，且 y1 和 y2 增益档放在 相同的位置，• 则在示波器的屏幕上可观察到如图 12-4 所示的波形，这时你 如何确认系统的稳态误差ｅSS？ 3．当 r(t)＝0 时，实验线路中扰动引起的误差ｅSS 应如何观察？ 4．当 r(t)＝1 (t)、f(t)＝1 (t)时，• 试计算以下三种情况下的稳态误差ｅSS： 0.02 1 1 s + K 0.02 1 1 s + R(s) N(s) C(s) 图 12-5 (a) 0.02s 1 K 0.02 1 1 s + N(s) C(s) R(s) 图 12-5 （b) R(s) 0.02 1 1 s + K 0.02s 1 N(s) C(s) 图 12-5 （c) 图 12-4 实验中的波形
华中科敦大总咆气电子覆总戎验钛总中心信与侧合奥验指导1 5.试求下列二种情况下输出C()与比例环节K的关系。当K增加时C(O 应如何变化? C(s) C(S) Ts+1 Ts+1 6.为什么0型系统不能跟踪斜坡输入信号? 7.为什么0型系统在阶跃信号输入时一定有误差存在? 8.为使系统的稳态误差减小,系统的开环增益应取大些还是小些? 9.本实验与实验一结果比较可知,系统的动态性能和稳态精度对开环增 益K的要求是相矛盾的。矛盾的关键在哪里?在控制工程中如何解决这对矛 盾? 集学科优势 求改革创新
华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心 信号与控制综合实验指导书 集学科优势 - 19 - 求改革创新 5．试求下列二种情况下输出 C(t)与比例环节 K 的关系。当 K 增加时 C(t) 应如何变化？ 6．为什么 0 型系统不能跟踪斜坡输入信号？ 7．为什么 0 型系统在阶跃信号输入时一定有误差存在？ 8．为使系统的稳态误差减小，系统的开环增益应取大些还是小些？ 9．本实验与实验一结果比较可知，系统的动态性能和稳态精度对开环增 益 K 的要求是相矛盾的。矛盾的关键在哪里？在控制工程中如何解决这对矛 盾？ 1 1 Ts + 1 1 Ts + K N(s) C(s) 图 12-6 (a) 图 12-5 (b) 1 1 Ts + 1 1 Ts + K N(s) C(s)