系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：
实验名称：典型系统的时域响应和稳定性分析实验时间：
学生成绩：教师签名：批改时间：
一、目的要求
1．研究二阶系统的特征参量 (ξ、ωn) 对过渡过程的影响。

2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。

3．熟悉 Routh 判据，用 Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。

二、实验设备
PC机一台，TD—ACC教学实验系统一套
三、实验原理及内容
1．典型的二阶系统稳定性分析
(1) 结构框图：如图 1.2-1 所示。

图1.2-2
(2) 对应的模拟电路图：如图 1.2-2 所示。

图1.2-2
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(3) 理论分析
系统开环传递函数为：
；开环增益：
(4) 实验内容
先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻 R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，
观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。

在此实验中(图 1.2-2)，
系统闭环传递函数为：
其中自然振荡角频率：
2．典型的三阶系统稳定性分析
(1) 结构框图：如图 1.2-3 所示。

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图 1.2-3
(2)模拟电路图：如图1.2-4 所示。

图 1.2-4
(3)理论分析：
系统的特征方程为:
(4)实验内容：
实验前由Routh 判断得Routh 行列式为：
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为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有
五、实验步骤
1．将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。

由于每个运放单元均
设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。

将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为 1V，周期为 10s 左右。

2. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试
(1) 按模拟电路图 1.2-2 接线，将 1 中的方波信号接至输入端，取 R = 10K。

(2) 用示波器观察系统响应曲线 C(t)，测量并记录超调 MP、峰值时间 tp和调节时间 tS。

(3) 分别按 R = 50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线 C(t)，测量并记录
性能指标 MP、tp和 ts，及系统的稳定性。

并将测量值和计算值进行比较 (实验前必须按公式计算出)。

将实验结果填入表中。

表 1.2-1 中已填入了一组参考测量值，供参照。

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实验名称：实验时间：
学生成绩：教师签名：批改时间：3．典型三阶系统的性能
(1) 按图 1.2-4 接线，将 1 中的方波信号接至输入端，取 R = 30K。

(2) 观察系统的响应曲线，并记录波形。

(3) 减小开环增益 (R = 41.7K；100K)，观察响应曲线，并将实验结果填入表中。

表 1.2-2 中已
填入了一组参考测量值，供参照。

表 1.2-1
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实验名称：实验时间：
学生成绩：教师签名：批改时间：
表 1.2-2
六、实验数据处理
1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试
模拟电路图：
①取R=10K
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实验名称：实验时间：
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实验名称：实验时间：
学生成绩：教师签名：批改时间：
②取R=20K
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实验名称：实验时间：
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③取R=50K
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④取R=100K
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实验名称：实验时间：
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2.典型三阶系统的性能
模拟电路图
①取R=41.7K
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实验名称： 实验时间： 学生成绩： 教师签名： 批改时间：
② 取R=100K
R(ΩK )
开环增益K 稳定性
七、实验结果分析
1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试
由曲线图可知，随着电阻R 的增大，超调量Mp 越来越小，到达峰值的时间tp 越来越短，其
调节时间与电阻R 无关。

2. 典型三阶系统的性能
当KΩ<7.41R 即12>K 时，系统不稳定发散；当KΩ=7.41R 即12=K 时，系统临界稳
定等幅振荡；当KΩ>7.41R 即120<<K 时，系统稳定衰减收敛。

由曲线图可知，当K =7.41R 时，系统处于衰减收敛，理论应当处于系统临界稳定等幅振荡。

由于电阻有误差，使得测量值比理论值小。

在误差允许的范围内，可视为等幅振荡。

系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验。