《自动控制原理》实验报告

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1、..《自动控制原理》实验报告姓名：学号：班级：11电气1班专业：电气工程及其自动化学院：电气与信息工程学院2013年12月word教育资料..目录实验一、典型环节的模拟研究实验二、二阶系统的阶跃响应分析实验三、线性系统的稳态误差分析实验四、线性系统的频率响应分析word教育资料..实验一典型环节的模拟研究1.1实验目的1、熟悉并掌握TD-ACS设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。2、熟悉各种典型环节的理想阶跃曲线和实际阶跃响应曲线。3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。1.2实验设备PC机一台，TD-ACS实验系统一套。1.3实验原理及内容下面列出各典型环节的

2、方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。1.比例环节(P)(1)方框图：如图1.1-1所示。图1.1-1(2)传递函数：Uo(S)/Ui(S)=Kword教育资料..(3)阶跃响应：Uo(t)=K(t≥0)其中K=R1/R0(4)模拟电路图：图1.1-2word教育资料..注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K的电阻，实验中不需要再接。以后的实验中用到的运放也如此。(5)理想与实际阶跃响应对照曲线：word教育资料..①取R0=200K；R1=100K。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线2．积分环节(I)(1)方框图：如右图1.1-3所示。图1

3、.1-3(2)传递函数：(3)阶跃响应：Uo(t)=(t³0)其中T=R0Cword教育资料..(4)模拟电路图：如图1.1-4所示。word教育资料..图1.1-4(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=200K；C=1uF。3．比例积分环节(PI)(1)方框图：如图1.1-5所示。word教育资料..图1.1-5(2)传递函数：(3)阶跃响应：Uo(t)=K+t/T(t)(t0)其中K=Ri/Ro;T=RoC(4)模拟电路图：见图1.1-6图1.1-6(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R1=200K；C=1uF。word教育资料..4．惯性环节(T)(1

4、)方框图：如图1.1-7所示。图1.1-7(2)传递函数：(3)模拟电路图：见图1.1-8图1.1-8(4)阶跃响应：Uo(t)=K（1-e-t/T）,其中K=Ri/Ro;T=R1C(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R1=200K；C=1uF。word教育资料..5．比例微分环节(PD)(1)方框图：如图1.1-9所示。图1.1-9(2)传递函数：word教育资料..(3)阶跃响应：Uo(t)=KT(t)+K,其中K=(R1+R2)/R0，T=,dd(t)为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。(4)模拟电路图

5、：如图1.1-10所示。图1.1-10(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：word教育资料..取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=100K。word教育资料..word教育资料..6．比例积分微分环节(PID)(1)方框图：如图1.1-11所示。图1.1-11(2)传递函数：word教育资料..(3)阶跃响应：：,其中d(t)为单位脉冲函数，Kp=R1/R0,Ti=R0C1,Td=(4)模拟电路图：如图1.1-12所示。图1.1-12(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF；R1=100K。word教育资

6、料..1.4实验步骤1.按1.1.3节中所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。2.将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关分别设在“方波”档和“500ms～12s”档，调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。word教育资料..实验二二阶系统的阶跃响应分析2.1实验目的1．研究二阶系统的特征参量(ξ、ωn)对过渡过程的影响。2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。3．熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统

7、进行稳定性分析。2.2实验设备PC机一台，TD-ACS教学实验系统一套。2.3实验原理及内容1．典型的二阶系统稳定性分析(1)结构框图：如图1.2-1所示。图1.2-1word教育资料..(2)对应的模拟电路图：如图1.2-2所示。(3)理论分析word教育资料..系统开环传递函数为：；开环增益。(4)实验内容先算出临界阻尼，欠阻尼，过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及其稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中（图1.2-2），，，系统闭环传递函数为：其中自然震荡角频率：；阻