自动控制原理实验指导书——自编教材

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1、自动控制原理实验实验一典型环节的模拟研究1.各典型环节的方块图及传函2•各典型环节的模拟电路图及输入响应比例微分（PD）R1R2UQ^）=KTS（t）+K其11S（t）为单位肪训函数T=氏1氏2（尽+尽）惯性环节（T）R1获）=疋（1-严）凶——%（r）=m（r）+©+p比例积分微分（PID）其屮犯）为单位脉冲函数瓷$=RJRq9仏=RS爲=RRqC2/Rq3.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响应曲线①准备：使运放处于工作状态。将信号源单元（UlSG）的ST端（插针

2、）与+5V端（插针）用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态。②阶路信号的产生：电路可采用图1・1所示电路，它由“单脉冲单元”（U13SP）及“电位器单元”（U14P）组成。♦5V图1-1具体线路形成：在U13单元中，将H1与+5V插针用“短路块”短接，H2插针用排线接至U14P单元的X插针；在U14P单元中，将Z插针和GND插针用“短路块”短接，最后由插座的Y端输出信号。以后实验若再用到阶跃信号时，方法同上，不再述。实验步骤①按2中的各典型坏节的模拟电路图将线接好

3、（先按比例）。（PID先不接）②将模拟电路输入端（U1）与阶跃信号的输出端Y相联接；模拟电路的输出端（U0）接至示波器。③按下按钮（或松开按钮）H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同理得出积分、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见表1-k表1-1典型环传递函数参数与模拟电路参单位阶跃响应理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线续表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曲线实测阶跃响应曲线

4、理沪想：P一10疋/j。⑴TUo

5、元的周期性方波信号（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“阶跃信号”档，“OUT”端的输出电压即为阶跃信号电压，信号周期由波段开关S12和电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。以信号幅值小信号周期较长为比较适宜）。②参照2中的PID模拟电路图，将PID坏节搭接好。③将①中产生的周期性方波信号加到PID环节的输入端（U1）,用示波器观测PID输出端（U0）,改变电路参数，重新观察并记录。实验二典型系统瞬态响应和稳定性1.典型二阶系统①典型二阶系统的方块图及传函02

6、-1图是典型二阶系统原理方块图，其中TO=1S,T]=O.1S,K

7、分别为10、5、2.5、1。开环传函：其中G（S）=K_K,昭S+l)=s(o.is+i)K=K1/7^=疋产开环增益闭环传涵:表2・1列出有关二阶系统的三种情况（欠阻尼，临界阻尼，过阻尼）下具体参数的表达式，以便计算理论值。至于推导过程请参照有关原理书。表2・1一种情况各参数0<1"1aKK=K1/?l=K1叭叫二屈7环莎？1{JioKr如处看花）C(J)=1+/J"C(oo)1S(s)皿）4②模拟电路图：见图2・2R=10K20

8、K100K图2-2K、_100/AS(0.1£+l)=(O.1S+1)2•典型三阶系统①典型三阶系统的方块图：见图2・3图2・3开环传递函数为:"⑶“（莎_S（砂+1）（爲S+1）其中'K=K1KJTq（开坏增益）①模拟电路图：见图2・410K图2・4开环传函为G⑶总的=510/7?S(0.1S+l)(0JlS+l)(其中^=510/A)011.96=R<42.6KG系统不稳定系统的特征方程为1+G(S)H(S)=0,=>0+11.960+19.

9、6S+19.6K=0由Routh判据，得<疋=11.96二>R=42.6KG3.实验内容及步骤准备：将“信号源单元”(U1SG)的ST插针和+5V插针用“短路块”短接，使运算放大器反馈网络上的场效应管3DJ6夹断。(1)典型二阶系统瞬态性能指标的测试。①按图2・2接线，R=10Ko②用示波器观察系统阶跃响应C(t),测量并记录超调量儿0,峰值时间。和调节时间t5。记录表2中。③分别按R=20K；40K；100K改变系统开环增益，观察相应的阶