实验指导书部分

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1、第一部分控制理论实验1-46实验一控制系统典型环节的模拟实验1实验二线性定常系统的瞬态响应和稳定性分析7实验六口动控制系统的校正14附录：使用说明99第-w验实验一控制系统典型环节的模拟实验一、实验目的1.掌握控制系统屮各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。2.测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化対环节输出性能的影响。二、实验内容1.对表一所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路（参见表二）表一：典型环节的方块图及传递函数表二：典型环节的模拟电路图2.测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。3.改

2、变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。三、实验内容及步骤1.观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。①准备：使运放处于工作状态。将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（K30A）夹断，这时运放处于工作状态。②阶跃信号的产牛：电路可采用图1-1所示电路，它由“阶跃信号单元”（UJ及“给定单元”（6）组成。1号导线+5VH—.U4：图1・1具体线路形成：在比单元中，将山与+5V端川1号实验导线连接，112端用1号实验导线接至山单元的X端；在U；单元

3、中，将Z端和GND端用1号实验导线连接，最后由插应的Y端输出信号。以后实验若再用阶跃信号时，方法同上，不再赘述。实验步骤：①按表二中的各典型环节的模拟电路图将线接好（先接比例）。（PTD先不接）②将模拟电路输入端（UJ与阶跃信号的输出端Y和连接；模拟电路的输出端（Uo）接至示波器。③按下按钮（或松开按钮）SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo（t）,且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果。④同理得积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线参见表三。1.观察PID环节的

4、响应曲线。实验步骤：①将U1单元的周期性方波信号（U1单元的ST端改为与S端用短路块短接，Su波段开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压，信号周期山波段开关S..和电位器Wn调节，信号幅值由电位器％调节。以信号幅值小、信号周期较长比较适宜）。②参照表二小的PTD模拟电路图，按相关参数要求将PTD电路连接好。③将①中产生的周期性方波信号加到PTD环节的输入端（Ui）,用示波器观测PTD输出端（Uo）,改变电路参数，重新观察并记录。四、实验思考题：1.为什么PI和PTD在阶跃信号作用下，输出的终

5、值为一常量？2.为什么PD和PTD在单位阶跃信号作用下，在t二0时的输出为一有限值？表三: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曲线实测阶跃响应曲线Po(t)=KRo=250K惯性T二R：CT=RoCR(=100KRl250KC=luFPo(t)=Kd-eT2250KRo=250KC二2pFPo(t)=—tTRo=200KC=2uF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曲线实测阶跃响应曲线K二」R（）T=RoCRi二100KRo=200KPDK_R1+R2R。T_

6、R1R2CR1+R2理想：UO(t)=KT6(t)+K实测：uo(t)=R1+R2JR1R2R()R0R3e4/R3c理想:uo(t)=To6(t)+Kp+—tT]实测：Po(t)=R1+R7——:+Ro1RoC2「RoC

7、RoC

8、Ro二100KR2=100KC=luFR3二10KRf200K31Uo(t)Pl(t)1o.tt3d3I1y.（t）00.4►tG=实验二线性定常系统的瞬态响应和稳定性分析一、实验目的1.通过二阶、三阶系统的模拟电路实验，掌握线性定常系统动、静态性能的一般测试方法。2.研究二阶、三阶

9、系统的参数与其动、静态性能间的关系。二、实验原理1.二阶系统图2-1为二阶系统的方块图。由图可知，系统的开环传递函数昭二誌TT丽冷’式中/相应的闭环传递函数为KC（S）_K_T

10、r（s）~t1s2+s+k~S2+1$+k'AT,二阶系统闭环传递函数的标准形式为C(S)_R(S)S2+2^conS+co2n比较式①、②得:1_12屈7剑TK图2-1表一列出了冇关二阶系统在三种情况（欠阻尼，临界阻丿它、过阻尼）下具体参数的表达式，以便计算理论值。图2-2为图2-1的模拟电路,其中T=ls,Ti=O.Is,K：分别为

11、10、5、2.5、1,即当1、电路中的电阻R值分别为10K、20K、40K、100K时系统相应的阻尼比g为0.5、1.58,它们的单位阶跃响应曲线为表二所示。表一:情况各参洽1KK=Ki/T二K：3n(Qn二JK]/T]P二J1()K]gc(tp)C（8）1Mp%Mp=Jl-Vtp(s)tp二2—叫Jitts(s)表二：二阶系统不同§值时的单位阶跃响应R值g单位阶跃