典型系统动态性能和稳定性分析
典型系统动态性能和稳定性分析
一·实验目的
1学习和掌握动态性能指标的测试方法。
2研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。
二·实验要求
1观测二阶系统的阶跃响应测出其超调量和调节时间并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
2观测三阶系统的阶跃响应测出其超调量和调节时间并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
三·实验步骤
1熟悉实验箱利用实验箱上的模拟电路单元参考本实验附录中的图2.1.1和图2.1.2设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路如用U9、U15、U11和U8连成。注意实验接线前必须对运放仔细调零。接线时要注意对运放锁零的要求。 2利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性并测出其超调量和调节时间。
3改变该二阶系统模拟电路的参数观测参数对系统动态性能的影响。
4利用实验箱上的模拟电路单元参考本实验附录中的图2.2.1和图2.2.2设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路如用U9、U15、U11、U10和U8连成。
5利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性并测出其超调量和调节时间。
6改变该三阶系统模拟电路的参数观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。
7分析实验结果完成实验报告。注意以上实验步骤中的2、3与5、6的具体操作方法请参阅“实验一”的实验步骤2实验步骤7的具体操作方法请参阅“实验一”的实验步骤3这里不再赘述。
附录
1典型二阶系统
典型二阶系统的方块结构图如图 2.1.1所示
其开环传递函数为
其闭环传递函数为其中
取二阶系统的模拟电路如图2.1.2所示该系统的阶跃响应如图2.1.3所示Rx接U4单元的220K电位器改变元件参数Rx大小研究不同参数特征下的时域响应。2.1.3a 2.1.3b 2.1.3c 分别对应二阶系统在过阻尼临界阻尼欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线
2典型三阶系统
典型三阶系统的方块结构图如图2.2.1所示
其开环传递函数为其中取三阶系统的模拟电路如图2.2.2所示。
该系统开环传递函数为Rx的单位为K
系统特征方程为根据劳斯判据得到
系统稳定 0 系统临界稳定 K=12 系统不稳定 K>12 根据K求取Rx。这里的Rx可利用模拟电路单元的220K电位器改变Rx即可改变K2从而改变K得到三种不同情况下的实验结果。 该系统的阶跃响应如图2.2.3 a、2.2.3b 和2.2.3c所示它们分别对应系统处于不 稳定、临界稳定和稳定的三种情况。 实验数据记录： 二阶欠阻尼 二阶过阻尼振荡 二阶临界阻尼振荡 三阶稳定 六、实验结果与分析 . 边坡稳定性计算方法 目前的边坡的侧压力理论，得出的计算结果，显然与实际情形不符。边坡稳定性计算，有直线法和圆弧法，当然也有抛物线计算方法，这些不同的计算方法，都做了不同的假设条件。 当然这些先辈拿出这些计算方法之前，也曾经困惑，不做假设简化，基本无法计算。而根据各种假设条件，是会得出理论上的结果，但与实际情况又不符。倒是有些后人不管这些假设条件，直接应用其计算结果，把这些和实际不符的公式应用到现有的规范和理论中。 瑞典条分法，其中的一个假设条件破裂面为圆弧，另一个条件为假设的条间土之间，没有相互作用力，这样的话，对每一个土条在滑裂面上进行力学分解，然后求和叠加，最后选取系数最小的滑裂面。从而得出判断结果。其实，那两个假设条件对吗？都不对！ 第一、土体的实际滑动破裂面，不是圆弧。第二、假设的条状土之间，会存在粘聚力与摩擦力。边坡的问题看似比较简单，只有少数的几个参数，但是，这几个参数之间，并不是线性相关。对于实际的边坡来讲，虽然用内摩擦角①和粘聚力C来表示，但对于不同的破裂面，破裂面上的作用力，摩擦力和粘聚力，都是破裂面的函数，并不能用线性的方法分别求解叠加，如果是那样，计算就简单多了。 边坡的破裂面不能用简单函数表达，但是，如果不对破裂面作假设，那又无从计算，直线和圆弧，是最简单的曲线，所以基于这两种曲线的假设，是计算的第一步，但由于这种假设与实际不符，结果肯定与实际相差甚远。 条分法的计算，是来源于微积分的数值计算方法，如果条间土之间，存在相互作用力，那对条状土的力学分解，又无法进行下去。 所以才有了圆弧破裂面的假设与忽略条间土的相互作用的假设。 其实先辈拿出这样与实际不符的理论，内心是充满着矛盾的。 实际看到的边坡的滑裂，大多是上部几乎是直线，下部是曲线形状，不能用简单函数表示，所以说，要放弃求解函数表达式的想法。计算还是可以用条分法，但要考虑到条间土的相互作用。 用微分迭代的方法求解，能够得出近似破裂面，如果每次迭代，都趋于收敛，那收敛的曲线，就是最终的破裂面。 参照图3，下面将介绍这种方法的求解步骤。 实验一--控制系统的稳定性分析 实验一控制系统的稳定性分 班级：光伏2班 姓名：王永强 学号：1200309067 实验一控制系统的稳定性分析 一、实验目的 1、研究高阶系统的稳定性，验证稳定判据的正确性； 2、了解系统增益变化对系统稳定性的影响； 3、观察系统结构和稳态误差之间的关系。 二、实验任务 1、稳定性分析 欲判断系统的稳定性，只要求出系统的闭环极点即可，而系统的闭环极点就是闭环传递函数的分母多项式的根，可以利用MATLAB中的tf2zp函数求出系统的零极点，或者利用root函数求分母多项式的根来确定系统的闭环极点，从而判断系统的稳定性。 （1）已知单位负反馈控制系统的开环传递 函数为 0.2( 2.5) () (0.5)(0.7)(3) s G s s s s s + = +++，用MATLAB编写 程序来判断闭环系统的稳定性，并绘制闭环系统的零极点图。 在MATLAB命令窗口写入程序代码如下：z=-2.5 p=[0,-0.5,-0.7,-3] k=1 Go=zpk(z,p,k) Gc=feedback(Go,1) Gctf=tf(Gc) dc=Gctf.den dens=ploy2str(dc{1},'s') 运行结果如下： Gctf = s + 2.5 --------------------------------------- s^4 + 4.2 s^3 + 3.95 s^2 + 2.05 s + 2.5 Continuous-time transfer function. dens是系统的特征多项式，接着输入如下MATLAB程序代码： den=[1,4.2,3.95,1.25,0.5] p=roots(den) 附件2 危岩体稳定性分析 1、WY-01危岩体稳定性定量评价 1 计算模型 从工程防治的角度按照危岩失稳类型进行分类，可将危岩概化分为滑移式危岩、倾倒式危岩和坠落式危岩3 类。WY-01危岩体为滑移式危岩；其软弱结构面倾向山外，上覆盖体后缘裂隙与软弱结构面贯通，在动水压力、地震和自重力作用下，缓慢向前滑移变形，形成滑移式危岩，其模式见图(图3-1)。 图3-1 滑移式危岩示意图 危岩体 危岩前缘 扬压力U 静水压力V 地下水位 后缘裂隙 危岩后缘 软弱结 构面 W c o s θ W W s i n θh w θ 图3-2 滑移式危岩稳定性计算示意图(后缘有陡倾裂隙) 2 计算公式 ①后缘有陡倾裂隙、滑面缓倾时，滑移式危岩稳定性按下式计算： (cos sin sin )sin cos cos W Q V V tg c l K W Q V θθθφθθθ---+?= ++ 2 21w w h V γ= 式中：V ——裂隙水压力(kN/m)，； w h ——裂隙充水高度(m)，取裂隙深度的1/3。 w γ——取10kN/m 。 Q ——地震力(kN/m)，按公式e Q W ξ=?确定，式中地震水平作用系数七 级烈度地区 e ξ取0.075； K ——危岩稳定性系数； c ——后缘裂隙粘聚力标准值(kPa)；当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通 段粘聚力标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段粘聚力标准值取岩石粘聚力标准值的0.4倍； φ——后缘裂隙内摩擦角标准值(kPa)；当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯 通段内摩擦角标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段内摩擦角标准值取岩石内摩擦角标准值的0.95倍； θ——软弱结构面倾角(°)，外倾取正，内倾取负； W ——危岩体自重(kN/m3)。 3 危岩稳定性计算结果 根据危岩结构特征和形态特征，②区危岩破坏模式主要为滑移式。 （1）计算参数： 崩塌区出露地层为第四系崩坡积物和石炭系太原组，根据附近工程岩体参数及工程类比得出物理力学参数见表： 表3-2 岩体物理力学参数表 岩石 名称 密度 g/cm3 抗压强度σ MPa 抗剪强度 抗拉强度 (KPa) 软化 系数 C(MPa) ф(°) 灰岩 2. 70 32 0.110～0.271 30.3~40.2 698.5 0.53 结构面 灰岩结构面 0.03-0.10 23-29 性能稳定性分析 1功角的具体含义。 电源电势的相角差，发电机q轴电势与无穷大系统电源电势之间的相角差。 电磁功率的大小与δ密切相关，故称δ为“功角”或“功率角”。电磁功率与功角的关系式被称为“功角特性”或“功率特性”。 功角δ除了表征系统的电磁关系之外，还表明了各发电机转子之间的相对空间位置。 2功角稳定及其分类。 电力系统稳态运行时，系统中所有同步发电机均同步运行，即功角δ是稳定值。系统在受到干扰后，如果发电机转子经过一段时间的运动变化后仍能恢复同步运行，即功角δ能达到一个稳定值，则系统就是功角稳定的，否则就是功角不稳定。 根据功角失稳的原因和发展过程，功角稳定可分为如下三类： 静态稳定（小干扰） 暂态稳定（大干扰） 动态稳定（长过程） 3电力系统静态稳定及其特点。 定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到原始运行状态的能力。如果能，则认为系统在该正常运行状态下是静态稳定的。不能，则系统是静态失稳的。 特点：静态稳定研究的是电力系统在某一运行状态下受到微小干扰时的稳定性问题。系统是否能够维持静态稳定主要与系统在扰动发生前的原始运行状态有关，而与小干扰的大小、类型和地点无关。 4电力系统暂态稳定及其特点。 定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来的稳态运行状态的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。如果能，则认为系统在该正常运行状态下该扰动下是暂态稳定的。不能，则系统是暂态失稳的。 特点：研究的是电力系统在某一运行状态下受到较大干扰时的稳定性问题。系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行状态有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。 作业2 5发电机组惯性时间常数的物理意义及其与系统惯性时间常数的关系。 表示在发电机组转子上加额定转矩后，转子从停顿状态转到额定转速时所经过的时间。TJ=TJG*SGN/SB 6例题6-1 (P152) （补充知识：当发电机出口断路器断开后，转子做匀加速旋转。汽轮发电机极对数p=1。额定频率为50Hz。要求列写每个公式的来源和意义。）题目:已知一汽轮发电机的惯性时间常数Tj=10S,若运行在输出额定功率状态，在t=0时其出口处突然断开。试计算（不计调速器作用） （1）经过多少时间其相对电角度（功角）δ=δ0+PAI.(δ0为断开钱的值）（2）在该时刻转子的转速。 解:（1）Tj=10S,三角M*=1,角加速度d2δ/dt2=三角M*W0/Tj=W0/10=31.4RAD/S2 δ=δ0+0.5dd2δ/dt2 所以PI=0.5*2PI*f/10t方 t=更号10/50=0.447 （2）t=0.447时， 西京学院实验教学教案实验课程：现代控制理论基础 课序： 4 教室：工程舫0B-14实验日期：2013-6-3、4、6 教师：万少松 一、实验名称：系统的稳定性及极点配置二、实验目的 1．巩固控制系统稳定性等基础知识；2．掌握利用系统特征根判断系统稳定性的方法；3．掌握利用李雅普诺夫第二法判断系统的稳定性的方法；4. 掌握利用状态反馈完成系统的极点配置；5．通过Matlab 编程，上机调试，掌握和验证所学控制系统的基本理论。三、实验所需设备及应用软件序号 型 号备 注1 计算机2Matlab 软件四、实验内容1. 利用特征根判断稳定性；2. 利用李雅普诺夫第二法判断系统的稳定性；3.状态反馈的极点配置；五、实验方法及步骤1.打开计算机，运行MATLAB 软件。2.将实验内容写入程序编辑窗口并运行。3.分析结果，写出实验报告。 语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器 一、利用特征根判断稳定性 用matlab 求取一个系统的特征根，可以有许多方法，如，，，()eig ()pzmap 2ss zp ，等。下面举例说明。 2tf zp roots 【例题1】已知一个系统传递函数为，试不同的方法分析闭环系统的稳定性。()G s 2(3)()(5)(6)(22)s G s s s s s += ++++解：num=[1,3]den=conv([1,2,2],conv([1,6],[1,5]))sys=tf(num,den)(1)() eig p=eig(sys)显示如下：p = -6.0000 -5.0000 -1.0000 + 1.0000i -1.0000 - 1.0000i 所有的根都具有负的实部，所以系统稳定。(2) ()pzmap pzmap(sys) 从绘出的零极点图可看见，系统的零极点都位于左半平面，系统稳定。（3）2()tf zp [z,p,k]=tf2zp(num,den) （4）()roots roots(den)【例题2】已知线性定常连续系统的状态方程为122122x x x x x ==- 试用特征值判据判断系统的稳定性。 解： A=[0,1;2,-1] eig(A) 第七章土坡稳定性分析 第一节概述 土坡就是由土体构成、具有倾斜坡面的土体，它 的简单外形如图7-1所示。一般而言，土坡有两种类 型。由自然地质作用所形成的土坡称为天然土坡，如 山坡、江河岸坡等；由人工开挖或回填而形成的土坡 称为人工土(边)坡，如基坑、土坝、路堤等的边坡。 土坡在各种内力和外力的共同作用下，有可能产生剪 图7-1 土坡各部位名称 切破坏和土体的移动。如果靠坡面处剪切破坏的面积 很大，则将产生一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象，称为滑坡。土体的滑动一般系指土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。除设计或施工不当可能导致土坡的失稳外，外界的不利因素影响也触发和加剧了土坡的失稳，一般有以下几种原因： 1．土坡所受的作用力发生变化：例如，由于在土坡顶部堆放材料或建造建筑物而使坡顶受荷。或由于打桩振动，车辆行驶、爆破、地震等引起的振动而改变了土坡原来的平衡状态； 2．土体抗剪强度的降低：例如，土体中含水量或超静水压力的增加； 3．静水压力的作用：例如，雨水或地面水流入土坡中的竖向裂缝，对土坡产生侧向压力，从而促进土坡产生滑动。因此，粘性土坡发生裂缝常常是土坡稳定性的不利因素，也是滑坡的预兆之一。 在土木工程建筑中，如果土坡失去稳定造成塌方，不仅影响工程进度，有时还会危及人的生命安全，造成工程失事和巨大的经济损失。因此，土坡稳定问题在工程设计和施工中应引起足够的重视。 天然的斜坡、填筑的堤坝以及基坑放坡开挖等问题，都要演算斜坡的稳定性，亦既比较可能滑动面上的剪应力与抗剪强度。这种工作称为稳定性分析。土坡稳定性分析是土力学中重要的稳定分析问题。土坡失稳的类型比较复杂，大多是土体的塑性破坏。而土体塑性破坏的分析方法有极限平衡法、极限分析法和有限元法等。在边坡稳定性分析中，极限分析法和有限元法都还不够成熟。因此，目前工程实践中基本上都是采用极限平衡法。极限平衡方法分析的一般步骤是：假定斜坡破坏是沿着土体内某一确定的滑裂面滑动，根据滑裂土体的静力平衡条件和莫尔—库伦强度理论，可以计算出沿该滑裂面滑动的可能性，即土坡稳定安全系数的大小或破坏概率的高低，然后，再系统地选取许多个可能的滑动面，用同样的方法计算其稳定安全系数或破坏概率。稳定安全系数最低或者破坏概率最高的滑动面就是可能性最大的滑动面。 本章主要讨论极限平衡方法在斜坡稳定性分析中的应用，并简要介绍有限元法的概念。 182 控制实验报告二典型系统动态性能和稳定性分 析 实验报告2 报告名称：典型系统动态性能和稳定性分析 一、实验目的 1、学习和掌握动态性能指标的测试方法。 2、研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。 二、实验内容 1、观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。 2、观测三阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。 三、实验过程及分析 1、典型二阶系统 结构图以及电路连接图如下所示： 对电路连接图分析可以得到相关参数的表达式： ；；； 根据所连接的电路图的元件参数可以得到其闭环传递函数为 ；其中； 因此，调整R x的阻值，能够调节闭环传递函数中的阻尼系数，调节系统性能。 当时，为过阻尼系统，系统对阶跃响应不超调，响应速度慢，因此有如下的实验曲线。 当时，为临界阻尼系统，系统对阶跃响应恰好不超调，在不发生超调的情况下有最快的响应速度，因此有如下的实验曲线。对比上下两张图片，可以发现系统最后的稳态误差都比较明显，应该与实验仪器的精密度有关。同时我们还观察了这个系统对斜坡输入的响应，其特点是输出曲线转折处之后有轻微的上凸的部分，最后输出十分接近输入。 当时，为欠阻尼系统，系统对阶跃超调，响应速度很快，因此有如下的实验曲线。 2、典型三阶系统 结构图以及电路连接图如下所示： 根据所连接的电路图可以知道其开环传递函数为： 其中，R x的单位为kΩ。系统特征方程为，根据劳斯判据可以知道：系统稳定的条件为0 实验二 控制系统的阶跃响应及稳定性分析 一、实验目的及要求： 1.掌握控制系统数学模型的基本描述方法； 2.了解控制系统的稳定性分析方法； 3.掌握控制时域分析基本方法。 二、实验内容： 1.系统数学模型的几种表示方法 （1）传递函数模型 G(s)=tf() （2）零极点模型 G(s)=zpk(z,p,k) 其中，G(s)= 将零点、极点及K值输入即可建立零极点模型。 z=[-z1,-z …,-z m] p=[-p1,-p …,-p] k=k (3)多项式求根的函数：roots ( ) 调用格式： z=roots(a) 其中：z — 各个根所构成的向量 a — 多项式系数向量 (4)两种模型之间的转换函数： [z ,p ,k]=tf2zp(num , den) %传递函数模型向零极点传递函数的转换 [num , den ]=zp2tf(z ,p ,k) %零极点传递函数向传递函数模型的转换 （5）feedback()函数：系统反馈连接 调用格式：sys=feedback(s1,s2,sign) 其中，s1为前向通道传递函数，s2为反馈通道传递函数，sign=-1时，表示系统为单位负反馈；sign=1时，表示系统为单位正反馈。 2.控制系统的稳定性分析方法 （1）求闭环特征方程的根(用roots函数)； 判断以为系统前向通道传递函数而构成的单位负反馈系统的稳定性，指出系统的闭环特征根的值： 可编程如下： numg=1; deng=[1 1 2 23]; numf=1; denf=1; [num,den]= feedback(numg,deng,numf,denf,-1); roots(den) （2）化为零极点模型，看极点是否在s右半平面（用pzmap）； 3.控制系统根轨迹绘制 rlocus() 函数：功能为求系统根轨迹 rlocfind():计算给定根的根轨迹增益 sgrid()函数：绘制连续时间系统根轨迹和零极点图中的阻尼系数和自然频率栅格线 4.线性系统时间响应分析 step( )函数---求系统阶跃响应 impulse( )函数：求取系统的脉冲响应 lsim( )函数：求系统的任意输入下的仿真 三、实验报告要求： 典型系统动态性能和稳定性分析 一·实验目的 1学习和掌握动态性能指标的测试方法。 2研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。 二·实验要求 1观测二阶系统的阶跃响应测出其超调量和调节时间并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。 2观测三阶系统的阶跃响应测出其超调量和调节时间并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。 三·实验步骤 1熟悉实验箱利用实验箱上的模拟电路单元参考本实验附录中的图2.1.1和图2.1.2设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路如用U9、U15、U11和U8连成。注意实验接线前必须对运放仔细调零。接线时要注意对运放锁零的要求。 2利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性并测出其超调量和调节时间。 3改变该二阶系统模拟电路的参数观测参数对系统动态性能的影响。 4利用实验箱上的模拟电路单元参考本实验附录中的图2.2.1和图2.2.2设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路如用U9、U15、U11、U10和U8连成。 5利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性并测出其超调量和调节时间。 6改变该三阶系统模拟电路的参数观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。 7分析实验结果完成实验报告。注意以上实验步骤中的2、3与5、6的具体操作方法请参阅“实验一”的实验步骤2实验步骤7的具体操作方法请参阅“实验一”的实验步骤3这里不再赘述。 附录 1典型二阶系统 典型二阶系统的方块结构图如图 2.1.1所示 其开环传递函数为 其闭环传递函数为其中 取二阶系统的模拟电路如图2.1.2所示该系统的阶跃响应如图2.1.3所示Rx接U4单元的220K电位器改变元件参数Rx大小研究不同参数特征下的时域响应。2.1.3a 2.1.3b 2.1.3c 分别对应二阶系统在过阻尼临界阻尼欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线 土坡稳定性计算书 计算依据： 1、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012 2、《建筑施工计算手册》江正荣编著 3、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著 4、《施工现场设施安全设计计算手册》谢建民编著 5、《地基与基础》第三版 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算，由于该计算过程是大量的重复计算，故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果，省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 基本参数： 放坡参数： 序号 放坡高度L(m) 放坡宽度W(m) 平台宽度B(m) 1 3.5 2.25 0.75 2 4 3 1.5 荷载参数： 土层参数： 1 填土 3.5 19.8 7.4 20.4 8 20 2 粘性土 3.5 20 16. 3 45.8 21 23 3 粘性土 3.6 20.3 17. 4 64.1 23 23 二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，该土条上存在着： 1、土条自重， 2、作用于土条弧面上的法向反力， 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规范》要求，安全系数要满足≥1.35的要求。 圆弧滑动法示意图 三、计算公式: K sj=∑{c i l i+[ΔG i b i+qb i]co sθi tanφi}/∑[ΔG i b i+qb i]sinθi 式子中： K sj --第j个圆弧滑动体的抗滑力矩与滑动力矩的比值; 第九章土坡稳定分析 土坡就是具有倾斜坡面的土体。土坡有天然土坡，也有人工土坡。天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等；人工土坡是经过人工挖、填的土工建筑物，如基坑、渠道、土坝、路堤等的边坡。本章主要学习目前常用的边坡稳定分析方法，学习要点也是与土的抗剪强度有关的问题。 第一节概述 学习土坡的类型及常见的滑坡现象。 一、无粘性土坡稳定分析 学习两种情况下(全干或全淹没情况、有渗透情况)无粘性土坡稳定分析方法。要求掌握无粘性土坡稳定安全系数的定义及推导过程，坡面有顺坡渗流作用下与全干或全淹没情况相比无粘性土土坡的稳定安全系数有何联系。 二、粘性土坡的稳定分析 学习其整体圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法、有限元法等方法在粘性土稳定分析中的应用。要求掌握圆弧法进行土坡稳定分析及几种特殊条件下土坡稳定分析计算。 三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 学习稳定渗流期、施工期、地震期边坡稳定分析方法。 四、土坡稳定分析讨论 学习讨论三个问题：土坡稳定分析中计算方法问题、强度指标的选用问题和容许安全系数问题。 第二节基本概念与基本原理 一、基本概念 1．天然土坡(naturalsoilslope)：由长期自然地质营力作用形成的土坡，称为天然土坡。2．人工土坡(artificialsoilslope)：人工挖方或填方形成的土坡，称为人工土坡。 3．滑坡(landslide)：土坡中一部分土体对另一部分土体产生相对位移，以至丧失原有稳 定性的现象。 4．圆弧滑动法(circleslipmethod)：在工程设计中常假定土坡滑动面为圆弧面，建立这一 假定的稳定分析方法，称为圆弧滑动法。它是极限平衡法的一种常用分析方法。 二、基本规律与基本原理 （一）土坡失稳原因分析 土坡的失稳受内部和外部因素制约，当超过土体平衡条件时，土坡便发生失稳现象。1．产生滑动的内部因素主要有： （1）斜坡的土质：各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的，如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等，遇水后软化，使原来的强度降低很多。 （2）斜坡的土层结构：如在斜坡上堆有较厚的土层，特别是当下伏土层(或岩层)不透水时，容易在交界上发生滑动。 （3）斜坡的外形：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下缓的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，当土坡不高时尚可直立，但随时间和气候的变化，也会逐渐塌落。 2．促使滑动的外部因素 （1）降水或地下水的作用：持续的降雨或地下水渗入土层中，使土中含水量增高，土中易溶盐溶解，土质变软，强度降低；还可使土的重度增加，以及孔隙水压力的产生，使土体作用有动、静水压力，促使土体失稳，故设计斜坡应针对这些原因，采用相应的排水措施。（2）振动的作用：如地震的反复作用下，砂土极易发生液化；粘性土，振动时易使土的结 实验一控制系统的稳定性分析 一、实验目的 1．观察系统的不稳定现象。 2．研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。 二、实验仪器 1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验内容 系统模拟电路图如图 系统模拟电路图 其开环传递函数为: G（s）=10K/s(0.1s+1)(Ts+1) 式中 K1=R3/R2，R2=100KΩ，R3=0～500K；T=RC，R=100KΩ，C=1μf或C=0.1μf两种情况。 四、实验步骤 1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的 输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。 2.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 3.在实验项目的下拉列表中选择实验三[控制系统的稳定性分析] 5.取R3的值为50KΩ，100KΩ，200KΩ，此时相应的K=10，K1=5，10，20。观察不同R3 值时显示区内的输出波形(既U2的波形)，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值。再把电阻R3由大至小变化，即R3=200kΩ，100kΩ，50kΩ，观察不同R3值 时显示区内的输出波形, 找出系统输出产生等幅振荡变化的R3及K值，并观察U2的输出波形。 五、实验数据 1模拟电路图 2．画出系统增幅或减幅振荡的波形图。 C=1uf时： R3=50K K=5： R3=100K K=10 R3=200K K=20： 等幅振荡：R3=220k: 增幅振荡：R3=220k： R3=260k: C=0.1uf时： 土坡稳定性计算计算书 本计算书参照《建筑施工计算手册》江正荣编著中国建筑工业出版社、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著人民教同出版社、《地基与基础》第三版中国建筑工业出版社、《土力学》等相关文献进行编制。 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算，由于该计算过程是大量的重复计算，故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果，省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 条分方法：瑞典条分法； 条分块数：50； 考虑地下水位影响； 基坑外侧水位到坑顶的距离(m)：2.000 基坑内侧水位到坑顶的距离(m)：6.000 二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，该土条上存在着： 1、土条自重， 2、作用于土条弧面上的法向反力， 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规范》要求，安全系数要满足>=1.3的要求。 三、计算公式: 式子中： F s --土坡稳定安全系数； c --土层的粘聚力； l i--第i条土条的圆弧长度； γ --土层的计算重度； θi --第i条土到滑动圆弧圆心与竖直方向的夹角； φ --土层的内摩擦角； b i --第i条土的宽度； h i --第i条土的平均高度； h1i――第i条土水位以上的高度； h2i――第i条土水位以下的高度； γ' ――第i条土的平均重度的浮重度； q――第i条土条土上的均布荷载； 四、计算安全系数: 将数据各参数代入上面的公式，通过循环计算，求得最小的安全系数Fs： 第1步：安全系数=1.417，标高=-2.000，圆心X=0.962米，圆心Y=1.344米，半径R=3.344米示意图如下： Value Engineering 0引言 土坡稳定性一般用土坡稳定性安全系数来表示。计算土坡稳定性安全系数的方法通常有二种：一是对构成土体的土条进行受力分析。但是此土条受力分析法存在静不定问题。为解决此问题，往往将土条所受的某些应力当零处理。因此，由此法计算的土坡稳定性系数必然存在误差比较大的问题；二对土坡圆弧滑动体进行整体稳定性分析，但假定的土坡圆弧滑动面与实际的滑动面不相符。其计算结果精度差.目前在工程实际应用中，都是应用土体在某一确定强度条件下，假定土体是理想塑性材料，把土条作为一个刚体，按极限平衡的原则进行受力分析，不考虑土体本身的应力一应变关系，建立坡体稳定分析方法，求得土坡稳定的安全系数来进行评价。土坡稳定性计算的方法主要有：瑞典条分法，简化毕肖普法，Morgenstern&Price法，陈祖煜法，Sarma法，Janbu法。 1瑞典条分法 瑞典圆弧滑动面条分法，是将假定滑动面以上的土体分成n个垂直土条，对作用于各土条上的力进行力和力矩平衡分析，求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数。该法由于忽略土条之间的相互作用力的影响，因此是条分法中最简单的一种方法。 2简化毕肖普法 毕肖普法提出的土坡稳定系数的含义是整个滑动面上土的抗剪强度与实际产生剪应力的比，并考虑了各土条侧面间存在着作用力根据静力平衡条件和极限平衡状态时各土条力对滑动圆心的力矩之和为零等，可得毕肖普法求土坡稳定系数的普遍公式。毕肖普法提出的土坡稳定系数的含义是整个滑动面上土的抗剪强度τf与实际产生剪应力τ的比，并考虑了各土条侧面间存在着作用力，假设土条二侧力相等方向相反。把有效应力原理引进斜坡分析，还将安全系数定义为沿整个滑裂面的抗剪强度与实际产生的剪应力的比值．这比原先由全部抗滑力矩与滑动力矩之比定义的安全系教原理，适应性广。 3Morgenstern&Price法 工程中很多土坡的外形复杂并不是简单土坡，土坡的土质不均匀，坡顶和坡面作用有荷载，因而滑动面不一定为圆弧形，这给选择滑动面上的抗剪强度和计算滑动或抗滑力矩带来困难，解决的方法是将滑坡体分成一系列铅直薄土条。对任意曲线形状的滑裂面进行分析，导出满足力的平衡及力矩平衡条件的微分方程式，然后假定两相邻土条法向条间力和切向条间力之间存在对水平方向坐标的函数关系，从而根据整个滑动面土体的边界条件求出问题的解答。 4陈祖煜法 陈祖煜法也是普遍条分法的一种。它是在Morgenstern法的基础上对Morgenstern法做了改进，使之更加结合工程实际，考虑了地震力、坡面载荷等因素，从土条的静力平衡得到的微分方程出发，结合相应的边界条件，推导出带有普遍意义的极限平衡方程式。 5Sarma法 Sarma是对土条侧向力的大小分布做出假定。萨尔玛法（Sarma）假想在每一土条重心作用着一个水平地震惯性力，由于它的作用，使滑裂面恰好达到极限状态，也就是使滑裂面上的稳定安全系数F=1，此时水平地震加速度K称为临界地震加速度，以K表示．K作为判断土坡稳定程度的一个标准，同时，萨尔玛推导出切向条间力X的分布，从而使超静定问题变成静定的。 6Janbu法 Janbu法是对土条的侧向力的作用位置作出假定的。Janbu通过假设滑体推力线位置并考虑微分条块的力矩平衡，巧妙地推导出条块水平推力与竖向剪力的关系，再根据条块的力平衡条件导出安全系数迭代求解格式。Janbu普遍条分法因其严格简明而很快在国际岩土工程界广泛应用。但是，大量工程应用表明，Janbu普遍条分法存在着严重的不收敛问题，特别是条块划分过密如100块以上，简单均质边坡的安全系数计算收敛性都难以得到保证。 7应用中常出现的问题 在土坡稳定性分析方法的应用中应注意的问题主要有滑裂面的形状问题，强度指标选择问题和考虑条间力的影响问题。一般来说，土坡滑动时其滑裂面都是非圆弧的，但对于匀质的黏性土坡，真正的临界剪切面与圆柱面相差不大，而且在临界剪切面附近，稳定安全系数的变化也不太灵敏，所以采用圆弧滑动分析仍可得到满意的结果。土体强度指标测定与选用值的精确与否，对土坡的稳定验算关系甚大。在测定土的强度时，应该使试验室的模拟条件尽量符合实际受力情况，使试验指标具有一定的代表性，否则验算结果就可能与实际情况有较大的出入。各类条分法（除瑞典法外）都不同程度的考虑了相邻土条条间力的影响。一般来说，这些影响考虑的愈多，求得的安全系数也愈高。但这绝不是无限制的，特别对于滑裂面是平面、圆柱面或一些简单的光滑曲面，滑动土体下滑时，土体内相邻土条并不会产生很大的相对变形，因此其抗剪阻力不可能达到或接近极限，此时求出的土条分界面上的抗剪安全系数应远大于1。 8结论 在土建工程中经常会遇到土坡稳定性问题，如果处理不当，土坡失稳产生滑动，不仅影响工程进展，甚至危及人的生命安全和造成工程事故。因此，研究土坡的稳定性有重要的实际意义。土坡稳定分析是一个比较复杂的问题，本文主要从理论上对简单土坡进行了稳定分析，并且，这种建立在极限平衡理论基础上的条分法，由于方法本身没有考虑到土体内部的应力一应变关系，所求出的安全系数只是所假定的滑裂面上的安全系数，所求出的土条之间内力或土条底部反力并不是滑动土体真实存在的力。 参考文献： [1]郑颖人，王恭先等.边坡与滑坡工程治理[M].北京：人民交通出版社，2007. [2]龚晓南.土力学.北京：中国建筑工业出版社，2002. [3]卢廷浩，刘祖德等.高等土力学.北京：机械工业出版社，2006. [4]彭德红，浅谈边坡稳定性分析方法[J].上海地质，2005，（3）：44-47. 土坡稳定性分析方法综述 Overview of Analysis Methods of Slopes Stability 寇海磊Kou Hailei （青岛理工大学，青岛266033） （Qingdao Technological University，Qingdao266033，China） 摘要：计算土坡稳定性安全系数的方法通常有二种：一是对构成土体的土条进行受力分析；二是对土坡圆弧滑动体进行整体稳定性分析。但这两种方法均存在不足之处。本文综述了各种土坡稳定性分析方法并做出比较，并给出了工程应用中应注意的问题。 Abstract:There are two methods calculating safety coefficient of slopes stability:one is to analyze soil mechanics on soil slices;the other is to analyze stability of the whole body on slope circular sliding.But both of these methods exist deficiencies.This article summarizes the analysis methods of slopes stability and makes comparisons.And also the problems that should be paid attention to in the application of engineering are presented. 关键词：滑裂面；基本条分法；瑞典条分法 Key words:sliding plane；basic slice method；Sweden slice method 中图分类号：TU4文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）13-0083-01 —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— — 作者简介：寇海磊（1984-），男，山东寿光人，硕士研究生，研究方向为地基处 理与桩基。 ·83· 实验二：系统稳定性和稳态性能分析 主要内容： 自动控制系统稳定性和稳态性能分析上机实验 目的与要求： 熟悉 MATLAB 软件对系统稳定性分析的基本命令语句 熟悉 MATLAB 软件对系统误差分析的 Simuink 仿真 通过编程或 Simuink 仿真完成系统稳定性和稳态性能分析 一 实验目的 1、研究高阶系统的稳定性，验证稳定判据的正确性； 2、了解系统增益变化对系统稳定性的影响； 3、观察系统结构和稳态误差之间的关系。 二 实验任务 1、稳定性分析 欲判断系统的稳定性，只要求出系统的闭环极点即可，而系统的闭环极点就是闭环传递函数的分母多项式的根，可以利用MATLAB 中的tf2zp 函数求出系统的零极点，或者利用root 函数求分母多项式的根来确定系统的闭环极点，从而判断系统的稳定性。 （1）已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为0.2( 2.5)()(0.5)(0.7)(3)s G s s s s s +=+++，用 MA TLAB 编写程序来判断闭环系统的稳定性，并绘制闭环系统的零极点图。 （2）已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为( 2.5)()(0.5)(0.7)(3)k s G s s s s s +=+++，当取k =1，10，100用MA TLAB 编写程序来判断闭环系统的稳定性。 只要将（1）代码中的k 值变为1，10，100，即可得到系统的闭环极点，从而判断系统的稳定性，并讨论系统增益k 变化对系统稳定性的影响。 2、稳态误差分析 （1）已知如图所示的控制系统。其中2(5)()(10) s G s s s +=+，试计算当输入为单位阶跃信号、单位斜坡信号和单位加速度信号时的稳态误差。 从 Simulink 图形库浏览器中拖曳Sum （求和模块）、Pole-Zero （零极点）模块、Scope （示波器）模块到仿真操作画面，连接成仿真框图如右上图所示： （2）若将系统变为I 型系统，5()(10) G s s s =+，在阶跃输入、斜坡输入和加速度信 桂林喀斯特危岩体发育特征及稳定性分析 刘宝臣1 ，郑金1 （1.桂林理工大学土建学院，桂林541004） 摘要：危岩体是由多组的结构面组合而形成，在地表风化作用、卸荷作用、重力、地震、降雨等诱发因素作用下处于不稳定、欠稳定或极限平衡状态的岩体。笔者对桂林市15座山的326块危岩体发育情况进行实地调查，测绘等手段得到几组重要数据，根据危岩体的结构特征和状态特征，将桂林市的危岩体类型分为悬挂式式、倾倒式、贴坡式、孤立式三种基本类型，本文以屏风山1号危岩体为对象进行研究，并采用极限平衡法对该危岩体稳定性进行定量验算，综合分析评价桂林市危岩体的发育特征及稳定性。 关键词：危岩；极限平衡状态；稳定性；定量验算 Stability analysis and risk assessment for three typical rocks in the Guilin city liuBao-chen1 Zheng-jin1 （1.Guilin University of Technology，Guilin 541004） Abstract：Dangerous rock is combined to form groups of the structure surface ，In the Unstable, less stable or equilibrium state of the rock and the factors of Surface weathering, unloading, gravity, earthquake, rainfall and so on. Through the investigation and mapping on the 326 dangerous rocks of fifteen mountains of the Guilin city，the writer get some important data ,According to the structure and State features of dangerous rocks ，Guilin dangerous rocks are divided into Hanging-type , dumping-type、posted slope -type and Isolated style. using the three typical rocks as the research object and checking the stability of the dangerous rocks by Limit equilibrium method, analyze the stability of the dangerous rocks. Key word：dangerous rock；Limit equilibrium；Stability；Quantitative Checking 0前言 危岩崩塌灾害是我国三大地质灾害之一，已成为我国山地开发和建设的重要制约因素。由于危岩崩塌灾害分布零散, 通常规模有限, 爆发随机性强,难以有一个准确的灾害统计数据,但是其危害程度并不亚于泥石流、滑坡等灾害。我区石灰岩出露面积广大，这些地区岩溶山峰和地下洞穴非常发育，形成了独特的喀斯特旅游风景名胜区。举世瞩目的桂林景区以其独特秀丽的风景吸引了广大的国内外游客参观，其中岩溶山峰和洞穴景观占景区主要部分。但其独特的喀斯特区山体岩石突露、奇峰林立，在特殊的地质条件下风化剥蚀已形成大量危岩，严 重威胁山体附近居民及游人的人身和财产安全，严重影响喀斯特景区特色旅游业的稳定快速发展。而国内外对此种危岩的研究甚少。为此，研究岩溶地区岩质边坡和洞穴危岩发生发展的机理、致灾因素，显得非常必要。本文通过地质灾害勘查、物探、室内模拟试验与计算机模拟等，确定危岩失稳破坏的过程与临界条件，提出桂林市危岩体的类型，确定危岩的稳定性判别指标，并对区内典型的危岩体作出稳定性评价，为后期区内危岩体的治理防控技术体系的研究创造条件。 1.1危岩体发育特征分析 实验二-二阶系统的动态特性与稳定性分析 自动控制原理 实验报告 实验名称：二阶系统的动态特性与稳定性分析班级： 姓名： 学号： 实验二二阶系统的动态特性与稳定性分析 一、实验目的 1、掌握二阶系统的电路模拟方法及其动态性能指标的测试技术过阻尼、临界阻尼、欠阻尼状态 ）对系统动态2、分析二阶系统特征参量（ξ ω， n 性能的影响； 3、分析系统参数变化对系统稳定性的影响，加深理解“线性系统稳定性至于其结构和参数有关，与外作用无关”的性质； 4、了解掌握典型三阶系统的稳定状态、临界稳定、不稳定状态； 5、学习二阶控制系统及其阶跃响应的Matlab 仿真和simulink实现方法。 二、实验内容 1、构成各二阶控制系统模拟电路，计算传递函数，明确各参数物理意义。 2、用Matlab和simulink仿真，分析其阶跃响应动态性能，得出性能指标。 3、搭建典型二阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量%σ、 峰值时间tp 以及调节时间ts ，研究其参数变化对典型二阶系统动态性能和稳定性的影响； 4、 搭建典型三阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量%σ、峰值时间tp 以及调节时间ts ，研究其参数变化对典型三阶系统动态性能和稳定性的影响； 5、 将软件仿真结果与模拟电路观测的结果做比较。 三、实验步骤 1、 二阶系统的模拟电路实现原理 将二阶系统： ωωξω2 2)(22 n n s G s s n ++= 可分解为一个比例环节，一个惯性环节和一个积分环节 ωωξω221)() ()()(2C C C C s C C 2 22 6215423 2 15423 2 2154215426316 320 n n s s s s s G s s s C R R R R R R R R R R R R C R R R R R R R R R U U n i ++= ++=++== 2、 研究特征参量ξ对二阶系统性能的影响 将二阶系统固有频率5 .12n =ω 保持不变，测试阻尼边坡的稳定性计算方法
实验一--控制系统的稳定性分析
危岩体稳定性分析
性能稳定性分析
实验四 控制系统的稳定性分析
(完整版)土坡稳定性分析
控制实验报告二典型系统动态性能和稳定性分析
实验二 控制系统的阶跃响应及稳定性分析
典型系统动态性能和稳定性分析
土坡稳定性计算
(完整版)土坡稳定性计算
自动控制实验报告一控制系统稳定性分析
恒智天成安全计算软件土坡稳定性计算
土坡稳定性分析方法综述_寇海磊
实验二：系统稳定性和稳态性能分析
桂林市典型危岩体稳定性分析及危险性评价2
实验二-二阶系统的动态特性与稳定性分析