典型环节的电路 模拟

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1、东南大学能环学院实验报告课程名称：热工过程自动控制原理第一次实验实验名称:典型环节的电路模拟院（系）：专业：热能与动力工程姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：16目录一、实验目的……………………………………………………………3二、实验设备……………………………………………………………3三、实验原理……………………………………………………………3四、实验步骤……………………………………………………………6五、实验记录……………………………………………………………8六

2、、实验总结……………………………………………………………1216一、实验目的1、熟悉THBDC-1型 信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用； 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(含上位机软件)、数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、采接卡接口线。三、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的

3、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：16当Uis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为

4、：设Uis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/R116设Uis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Uis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1-55、惯性环节惯性环节的传递函数与方框图分别为：16当Uis输入端

5、输入一个单位阶跃信号，且放大系数K为1、时间常数为T时响应曲线如图1-7所示。图1-7四、实验步骤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U0；通道AD2接电

6、路的输入Ui并记录相应16K值时的实验曲线，并与理论值进行比较。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。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=1s)；若积分时间常数T=0.1s时，电路中的参数取：R=100K，C=1uF(T=RC=100K×1uF=0.1s)；当U

7、i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。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。16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=1s)；若取比例系数K=1、积分时间常数T=0.1s时，电路中的参数取：R1=100K，R2

8、=100K，C=1uF(K=R2/R1=1,T=R1C=100K×1uF=0.1s)。通过改变R2、R1、C的值可改变比例积分环节的放大系数K和积分时间常数T。当Ui为一单位阶跃信号时，用上位软件观测并记录不同K及T值时的实验曲线，并与理论值进行比较。4、比例微分(PD)环节实验步骤：根据比例微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建其模拟电路，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、微分时间常数T=1s时，电路中的参数取：R1=100