自动控制原理实验讲义75068

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1、实验讲义河南大学物理与电子学院测控工程系2011年10月目录实验一典型环节的时域响应……………………………2实验二典型系统的时域响应和稳定性分析…………….…12实验三线性系统的根轨迹分析…………….…………..…..17实验四线性系统的频率响应分析…………………..…..20实验五线性系统的校正…………………………..….….….26实验六典型非线性环节…………………………….………28实验七模拟PID闭环温度控制系统的设计和实现...……..33实验八数字PID闭环温度控制系统的设计和实现….……37实验九数字PID直流电机闭环调速控制系统设计……..…41说明：实验

2、一至六为基础验证性实验，选做5个；实验七、八、九为综合性、设计性实验，包括基于51单片机的数字PID控制，选做1个。43实验一典型环节的时域响应一、实验目的1．掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握TD－ACC设备的使用方法。2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验设备PC机一台，TD-ACC系列教学实验系统一套。三、实验原理及内容下面列出了各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。1．比例环节（P）(1)方框图：43Ui(S)KUo(S)4343(2)传递函数：Uo(S)

3、=KUi(S)图1－143(3)阶跃响应：Uo(t)=K(t≥0)其中K=R1/R0(4)模拟电路图：43比例环节R1反相器R10K43UiR0_信号输入端R_10KUo输出测量端43R0=200K；R1=100K或200K43(5)理想与实际阶跃响应对照曲线①取R0=200K；R1=100K。图1－243理想阶跃响应曲线Uo实测阶跃响应曲线Uo4311/2Ui(t)Uo(t)11/2Ui(t)Uo(t)430t0t②取R0=200K；R1=200K。43理想阶跃响应曲线Uo实测阶跃响应曲线Uo431Ui(t)Uo(t)1Ui(t)Uo(t)430t

4、0t2．积分环节（I）(1)方框图：1TSUo(S)Ui(S)43(2)传递函数：Uo(S)=1Ui(S)TS图1－34343(3)阶跃响应：(4)模拟电路图：Uo(t)=1tT(t≥0)其中T=R0C43UiR0信号输入端积分环节C_R10K反相器R10K_Uo输出测量端43R0=200K；C=1uF或2uF图1－443(5)理想与实际阶跃响应曲线对照①取R0=200K；C=1uF。Uo1Uo(t)Ui(t)00.2st理想阶跃响应曲线无穷②取R0=200K；C=2uF。Uo1Uo(t)10VUi(t)00.2st实测阶跃响应曲线4343理想阶跃响应曲

5、线实测阶跃响应曲线43Uo无穷1Uo(t)Ui(t)Uo10VUo(t)1Ui(t)434300.4st00.4st433．比例积分环节（PI）(1)方框图：K43Ui(S)1TS+++Uo(S)4343(2)传递函数：Uo(S)Ui(S)=K+1TS图1－54343(3)阶跃响应：Uo(t)=K+1tT(4)模拟电路图：见图1.1－6(t≥0)其中K=R1/R0；T=R0C43比例积分环节反相器43UiR0信号输入端R1C_R10KR10K_Uo输出测量端43R0=R1=200K；C=1uF或2uF图1－6(5)理想与实际阶跃响应曲线对照①

6、取R0=R1=200K；C=1uF。43理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线43UoUo(t)2UoUo(t)210V431Ui(t)1Ui(t)4300.2st00.2st43②取R0=R1=200K；C=2uF。43理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线43Uo21Uo(t)10t)Ui(00.4stVUo无穷Uo(t)21Ui(t)00.4st4．惯性环节（T）(1)方框图：KTS+1Uo(S)Ui(S)43(2)传递函数：Uo(S)Ui(S)=K。TS+1图1－743(3)模拟电路图：见图1.1－843惯性环节R1反相器R43UiR0_C信号输入端R1

7、0K10K_Uo输出测量端43R0=R1=200K；C=1uF或2uF43-t(4)阶跃响应：Uo(t)=K(1-e图1－8T)，其中K=1R1；T=RC。43R0(5)理想与实际阶跃响应曲线对照①取R0=R1=200K；C=1uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线43Uo10.632Ui(t)Uo(t)Uo10.632Ui(t)Uo(t)434300.2st00.2st43②取R0=R1=200K；C=2uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线43Uo10.632Ui(t)Uo(t)Uo10.632Ui(