典型环节的模拟研究001

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1、电气控制基础实验指导书1孙崎岖2018.1中国计量大学机电工程学院电气自动化教研室实验一典型环节的模拟研究1实验二控制系统的瞬态响应及其稳定性分析5实验三二阶系统特征参数对系统性能的影响9实验四开环增益与零极点对系统性能的影响12实验五典型系统的频率特性测试20实验六线性系统的串联校正22实验一典型环节的模拟研究一、实验目的1.掌握比例、积分、比例积分、微分、实际微分、比例积分微分及惯性环节的模拟方法。2.通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性。二、实验设备及器材配置1.自动控制理论实验系统。2.数字存储示波器。3.数字万用表。4•各种长度联接导线。三、实验内容先观

2、测并记录输入阶跃信号，再搭建各种典型环节的模拟电路，观测并记录各种典型环节的阶跃响应曲线。1.观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图所示，比例环节的传递函数为：□回二K5⑸2.典型积分环节模拟电路如图“2所示，积分环节的传递函数为：第诰LOU針UFR3Ui200KT1R210K10KA2Uo图U2典型积分环节模拟电路TS口(5)1.观察比例积分环节的阶跃响应曲线典型比例积分环节模拟屯路如图—3所示，比例积分环节的传递函数为:K+丄2.观察微分环节的阶跃响应曲线典型微分环节模拟电路如图—4所示，微分坏节的传递函数为:图1-1-4典型微分环节模拟电路3.观察比例微

3、分环节的阶跃响应曲线典型比例微分环节模拟电路如图所示，比例微分环节的传递函数为:^^=K(1+TS)图1-1-5典型比例微分环节模拟电路1.观察比例微分积分环节的阶跃响应曲线典型比例微分积分环节模拟电路如图1-1-6所示，比例微分积分环节的传递函数2.观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图応7所示，惯性环节的传递函数为：船去图1-1-7典型惯性环节模拟电路四、实验步骤1.熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节。2.利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试，并研究参数改变对典型环节阶跃特性的影响，绘出响应曲线。3.分析实验结果，完成实验报告。五、实验结

4、果绘岀各种典型环节理想的和实测的阶跃响应曲线典型环节实测阶跃响应曲线比例环节K=1K=0.5积分环节Cl=1.0uFCl=2.0uF比例积分环节Cl=1.0uF微分环节R1=1OOK比例微分环节比例微分积分环节惯性环节Cl=1.0uFCl=2.0uF实验二控制系统的瞬态响应及其稳定性分析一.实验目的1.了解掌握典型二阶系统的过阻尼、临界阻尼、欠阻尼状态；2.了解掌握典型三阶系统的稳定状态、临界稳定、不稳定状态;3.研究系统参数变化对系统动态性能和稳定性的影响。二.实验内容1.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o%、峰值时间tp以及调

5、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；2.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o%、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。三.实验步骤1.典型二阶系统的响应曲线图1-2-1是典型二阶系统原理方块图，其中To=lS,Tt=0.2So图1-2-1典型二阶系统原理方块图开环传函:G(S)二KS(TiS+l)S(0・2S+l)其中WTg开环增益闭环传函：W(S)=——于其中6yn=VKi/TiToS2+2^nS+^_；n^=1Vt()/KiTi2表1-2-1列出有关二阶系统

6、在三种情况(欠阻尼，临界阻尼，过阻尼)下具体参数的表达上式，以便计算理论值。至于推导过程请参照有关原理书。表1-2-1青况各参数0<^R8二10K、Cl=2.OuF>C2=1.0uFR5为可选屯阻：R5=16K时，二阶系统为欠阻尼状态R5=160K时，二阶系统为临界阻尼状态R5=200K时，二阶系统为过阻尼状态输入阶跃信号，通过示波器观测不同参数下输出

7、阶跃响应曲线,并记录曲线的超调量。％、峰值时间tp以及调节吋间tSo1.典型三阶系统的响应曲线典型三阶系统的方块图：见图1-2-3图1-2-3典型三阶系统原理方块图开环传递函数为：G(S)H(S)=S(TiS+1)(T2S+1)其中K=K】K2/To（开环增益）典型三阶系统模拟电路如图1-2-4所示图1・2・4典型三阶系统模拟电路图中：R1=1OOK>R2=100K>R3=100K>R4=500K>R5二:LOOK、R6=100K、R7为可调电阻、R8二500K、R9=10K>R10=10K>Cl=2.0uF>C2=1.0uF