自动控制原理实验指导书 (2).pdf

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1、自动控制原理实验指导书西安唐都科教仪器公司CopyrightReserved1995-2008版权声明本实验指导书的版权归西安唐都科教仪器开发有限责任公司所有，保留一切权利。未经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本实验指导书的部分或全部，并以任何形式传播。西安唐都科教仪器开发有限责任公司，Allrightreserved.自动控制原理实验指导书.版权所有未经许可严禁复制唐都公司网址：http://www.tangdu.com目录第1章线性系统的时域分析第2章线性系统的根轨迹分析第3章线性系统的频率响应分析第4章非线性系统的相平面分析第5章模拟PID闭环温

2、度控制系统的设计和实现第1章线性系统的时域分析时域分析法是在时间域内研究控制系统在各种典型试验信号作用下，系统响应（或输出）随时间变化规律的方法。因为它是一种直接在时间域中对系统进行分析的方法，所以具有直观、准确的优点，并且可以提供系统响应的全部信息。下面就实验中将要遇到的一些概念做一简单介绍。稳态分量和暂态分量：对于任何一个控制系统来说，它的微分方程的解，总是包括两部分：暂态分量和稳态分量。稳态分量反映了系统的稳态指标或误差，而暂态分量则提供了系统在过渡过程中的各项动态性能信息。稳态性能和暂态性能：稳态性能是指稳态误差，通常是在阶跃函数、斜坡函数或加速度函数作用下进

3、行测定或计算的。若时间趋于无穷时，系统的输出量不等于输入量或输入量的确定函数，则系统存在稳态误差。稳态误差是系统控制精度或抗扰动能力的一种度量。暂态性能又称动态性能，指稳定系统在单位阶跃函数作用下，动态过程随时间t的变化状况的指标。其动态性能指标通常为：延迟时间td：指响应曲线第一次达到其终值一半所需的时间。上升时间tr：指响应从终值10％上升到终值90％所需的时间。对于有振荡的系统，亦可定义为响应从第一次上升到终值所需的时间。上升时间是系统响应速度的一种度量，上升时间越短，响应速度越快。峰值时间tp：指响应超过其终值到达第一个峰值所需的时间。调节时间ts：指响应到达

4、并保持在终值±5％或±2％内所需的时间。超调量δ%：指响应的最大偏离量h(tp）与终值h(∞）之差的百分比。上述五个动态性能指标基本上可以体现系统动态过程的特征。在实际应用中，常用的动态性能指标多为上升时间、调节时间和超调量。通常，用tr或tP评价系统的响应速度；用δ％评价系统的阻尼程度；而ts是反映系统响应振荡衰减的速度和阻尼程度的综合性能指标。应当指出，除简单的一、二阶系统外，要精确确定这些动态性能指标的解析表达式是很困难的。本章通过对典型环节、典型系统的时域特性的实验研究来加深对以上概念的认识和理解。1.1典型环节的时域响应1.1.1实验目的1．掌握各典型环节模

5、拟电路的构成方法，掌握TD-ACC+设备的使用方法。2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应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。1.1.2实验设备PC机一台，TD-ACC+系列教学实验系统一套。1.1.3实验原理及内容下面列出了各典型环节的方框图、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)(l）方框图：图1.1-1(2）传递函数：Uo(S)/Ui(S)=K(3）阶跃响应：Uo(t)=K(t≥0）其中K=R1／R0(4）模拟电路图：图1.1-2(5）理想与实际阶跃响应对照曲线①取RO=200K;R1=100K理想阶跃响应

6、曲线实测阶跃响应曲线②取RO=200K;R1=200K理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线2.积分环节(I)（l)方框图：图1.1-3(2）传递函数：(3）阶跃响应：Uo(t)=t/T(t≥0）其中T＝RoC(4）模拟电路图：图1.1-4(5）理想与实际阶跃响应曲线对照①取RO=200K;C=1uF理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线②取RO=200K;C=2uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线3.比例积分环节(PI)（1）方框图：图1.1-5(2）传递函数：Uo(S)/Ui(S)=K+1/TS(3）阶跃响应：Uo(t)=K+t/T(t≥0）其中K=R1／Ro；T＝RoC(

7、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RO=R1=200K;C=1uF理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线②取RO=R1=200K;C=2uF理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线4.惯性环节（T)（1）方框图：图1.1-7(2）传递函数：Uo(S)/Ui(S)=K/TS+l(3）模拟电路图：见图1.1-8图1.1-8-t/T(4）阶跃响应：Uo(t)=K(l–e），其中K=R1/Ro，T=R1C。(5）理想与实际阶跃响应曲线对照①取RO=R1=200K;C=1uF理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线②取Ro=R1=200K