u(22,49,52)实验报告

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1、自控原理THBDC-1实验报告一、实验目的1．熟悉THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-1”软件的使用；2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台；2．PC机一台(含“THBDC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。三、实验内容1．设计并组建各典型环节的模拟电路；2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。四、实验原理自

2、控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图如图1-1所示。图中Z1和Z2表示由R、C构成的复数阻抗。1.比例（P）环节图1-1比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。它的传递函数与方框图分别为：当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K时的响应曲线如图1-2所示。2.积分（I）环节图1-2积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别

3、为：设Ui(S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T时的响应曲线如图1-3所示。图1-33.比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为：其中T=R2C，K=R2/R1设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T时的PI输出响应曲线。图1-44.比例微分(PD)环节比例微分环节的传递函数与方框图分别为：其中设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-5示出了比例系数(K)为2、微分系数为TD时PD的输出响应曲线。图1-5.5.惯性环节惯性环节的传递函数与方框图分别为：当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且

4、放大系数(K)为1、时间常数为T时响应曲线如图1-7所示。图1-7五、实验步骤记录与分析1.比例（P）环节实验步骤：先根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。若比例系数K=1时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K。若比例系数K=2时，电路中的参数取：R1=100K，R2=200K。当ui为一单位阶跃信号时，用上位软件观测(选择“通道1-2”，其中通道AD1接电路的输出uO；通道AD2接电路的输入ui)并记录相应K值时的实验曲线，并与理论值进

5、行比较。另外R2还可使用可变电位器，以实现比例系数为任意设定值。实验图像记录：当比例系数K=1时，系统的输出与输入信号同步，放大倍数为1：当比例系数K=2时，比例环节的输入与输出同步，输出信号是输入信号的2倍。2.积分（I）环节实验步骤：根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。若积分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R=100K，C=10uF(T=RC=100K×10uF=1)；若积分时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R=100K，C=1uF(

6、T=RC=100K×1uF=0.1)；当ui为一单位阶跃信号时，用上位机软件观测并记录相应T值时的输出响应曲线，并与理论值进行比较。实验图像记录：当积分系数T=1s时，实验所得图像如下：由图像可以得出，当给电路输入一个阶跃信号时，输出信号便开始随时间成比例的增大，其斜率可由坐标计算得到为1.92，与理论值2.1相比有一定的误差存在。而最后输出终值为10V，这是运放的饱和电压大小。当积分系数T=1s时，实验所得图像如下：由图像可以得出，当给电路输入一个阶跃信号时，输出信号便开始随时间成比例的增大，其斜率可由坐标计算得到为20，与理论值21相比

7、较有一定的误差存在。而最后输出终值为10V，这是运放的饱和电压大小。两个实验中都有程度不同的误差，误差的原因首先主要来自于读数的不准确带来的误差，另一方面电路元件间不同程度的影响以及实验环境的变化也带来一定的误差影响。3.比例积分(PI)环节根据比例积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。若取比例系数K=1、积分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K=R2/R1=1,T=R1C=100K×10uF=1)；若取比

8、例系数K=1、积分时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K=R2/R1=1,T=R1C=100K×1uF=0.1S)。通过改变R2、