《控制工程基础》实验指导书new

《《控制工程基础》实验指导书new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、实验1典型环节的模拟研究1.1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。1.2实验设备PC机一台，TD－ACC系列教学实验系统一套。1.3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：图1.1－1(2)传递函数：(3)阶跃响应：Uo(t)=K(t≥0)其中K=R1/R0(4)模拟电路图：2．积分环节（I）(1)方框图：10(2)传递函数：(3)

2、阶跃响应：(4)模拟电路图3．惯性环节（T）(1)方框图：图1.1-5(2)传递函数：(3)模拟电路图：见图1.1－6(4)阶跃响应：10图1.1-64．比例积分环节（PI）(1)方框图：图1.1-7(2)传递函数：(3)阶跃响应：(4)模拟电路图：见图1.1－8R0=200K；R1＝200K；C＝1uF或2uF图1.1-85．比例微分环节（PD）(1)方框图：见图1.1－910(2)传递函数：(3)阶跃响应：其中，，δ(t)为理想单位脉冲函数，这是一个面积为1的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。(4)模拟电路图：R0=100K,R

3、2=100K，C=1uF;R3=10KR1=100K或200K图1.1-101.4实验步骤1．观察比例、积分、比例积分、惯性环节和比例微分的阶跃响应曲线(1)实验接线准备：输入信号Ui采用U1SG信号源单元的周期性方波信号，具体实现如下：将信号源U1单元的“ST”的插针改为与“S”插针用短路块短接，S11波段开关置于“方波信号”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压。信号的周期由波段选择开关S12和电位器W12来调节，信号幅值由电位器W11来调节。以信号幅值小、信号周期较长比较适宜。(2)实验操作①按比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源

4、。②将(1)中产生的周期性方波信号加到比例环节的输入端Ui，用示波器观测比例环节模拟电路的输出U0端，可以观测到比例环节的阶跃响应曲线。③改变电路参数，重新观察并将结果记录到表1-1中。10④用同样的方法分别搭接积分、比例积分、比例微分和惯性环节的模拟电路图，检查无误后开启设备电源，用示波器观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，并将结果记录到表1-1中。2．注意事项(1)做完实验后，应将导线及元器件收好，千万不要散乱地放在机箱中，以免下次做实验引起短路。(2)本系统安装了高效开关电源，它的重新开启和上一次断开之间的时间应大于30秒，因此不要过于频繁的开启电

5、源。1.5实验预习要求(1)实验前预习实验指导书上相应内容；(2)求出各典型环节在给定参数下的理想阶跃响应曲线；(3)认真思考一般环节的电路模拟图构成，并找出规律，学会设计简单的环节模拟图。1.6实验报告要求(1)画出各典型环节的实验电路图，并注明相应的参数。(2)画出各典型环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。(3)写出实验的心得与体会。10表1-1典型环节传递函数参数与模拟电路参数关系单位阶跃响应理想阶跃响应实测阶跃响应比例K=R1/R0Uo(t)=KR0=200KR1=100K(画出响应曲线)(画出响应曲线)R1=200K惯性K=R1/

6、R0T=R1CUo(t)=R0=R1=200KC=1uFC=2uF积分T=R0CUo(t)=t/TR0=200KC=1uFC=2uFPIK=R1/R0T=R0CUo(t)=K+t/TR0=R1=200KC=1uFC=2uF10续表1-1典型环节传递函数参数与模拟电路参数关系单位阶跃响应理想阶跃响应实测阶跃响应PD，，理想：Uo(t)=KTδ(t)+KR0=100KR2=100KR3=10KC=1uFR1=100KR1=200K10实验2典型系统的时域响应和稳定性分析2.1实验目的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

7、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。2.2实验设备PC机一台，TD－ACC系列教学实验系统一套。2.3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：见图1.2－1(2)对应的模拟电路图(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：102．典型的三阶系统稳定性分析(1)结构框图(2)模拟电路图(3

8、)理论分析系统的开环传函为:利用劳思判据判断系统的稳定性与R的关系