自动控制原理实验讲义.doc

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1、自动控制原理实验指导书12实验一控制系统典型环节的模拟一、实验目的1、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路2、测量典型环节的阶跃响应曲线3、通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响二、实验仪器1、自控原理电子模拟实验箱一台2、电脑一台（虚拟示波器）3、万用表一只三、实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R、C构成。基于图中A点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：（1）由上式可求得由下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单

2、位阶跃响应。1、比例环节比例环节的模拟电路如图1-2所示：图1-1、运放的反馈连接（2）图1-2比例环节取参考值，；或其它的阻值。2、惯性环节惯性环节的模拟电路如图1-3所示：（3）12图1-3惯性环节取参考值，，。3、积分环节积分环节的模拟电路如图1-4所示：（4）图1-4积分环节取参考值，。4、比例积分环节积分环节的模拟电路如图1-5所示：（5）图1-5比例积分环节取参考值，，。5、比例微分环节比例微分环节的模拟电路如图1-6所示：12（6）取参考值，，。图1-6比例微分环节四、实验内容与步骤1、完成比例环节、惯性环节、比例积分环节、比例微分环节

3、规定参数处的实验，并记录其单位阶跃响应波形（注意标明关键参数）。2、从实验波形中读取相关参数，并与理论计算值相比较。3、任意选定一个环节，如惯性环节，选取不同参数进行实验，并观察参数变化对阶跃响应的影响。五、注意事项1、输入的单位阶跃信号取自实验箱中的函数信号发生器。2、电子电路中的电阻取千欧，电容为微法。六、实验报告要求1、画出典型环节的实验电路图及单位阶跃响应波形，并注明相应的参数。2、针对某一典型环节分析参数对响应曲线的影响。3、写出实验心得与体会。七、实验思考题1、用运放模拟典型环节时，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出的？2、积分环节和

4、惯性环节主要差别是什么？在什么条件下，惯性环节可以近似地视为积分环节？在什么条件下，又可以视为比例环节？3、如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？12实验二二阶系统的瞬态响应分析一、实验目的1、熟悉二阶模拟系统的组成。2、研究二阶系统分别工作在x=1，01三种状态下的单位阶跃响应。3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量sP、峰值时间tp和调整时间ts。4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。二、实验仪器1、自控原理电子模拟实验箱一台2、电脑一台（虚拟示波器）3、万用表一只三、实验原理图2-1二阶系统

5、的模拟电路图2-1为二阶系统的模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反相器组成。图2-2为二阶系统的模拟电路图即图2-1的原理方框图，图中，，。图2-3二阶系统原理框图由图2-2求得二阶系统的闭环传递函数为：（１）而二阶系统标准传递函数为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）对比式（１）和式（２），得，令秒，即，时，，调节开环增益K值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn和x12的值，还可以得到过阻尼(x>1)、临界阻尼（x=1）和欠阻尼（x<1）三种情况下的阶跃响应曲线。三、实验内容与步骤1、根据图2-1，调节相应的参数，使系

6、统的开环传递函数为：2、令，在示波器上观察不同K（K=2，1，0.5，1/6）时的单位阶跃响应的波形，并由实验求得相应的σp、tp和ts的值。3、调节开环增益K，使二阶系统的阻尼比，观察并记录此时的单位阶跃响应波形和σp、tp和ts的值。四、实验报告1、画出二阶系统在不同K值（2，1，0.5，1/6）下的4条瞬态响应曲线，并注明时间坐标轴。2、按图2-1所示的二阶系统，计算K=2，1，0.5，1/6四种情况下x和ωn值。据此，求得相应的动态性能指标σp、tp和ts，并与实验所得出的结果作一比较。3、写出本实验的心得与体会。五、实验思考题1、如果阶跃输

7、入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？2、在电子模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？3、为什么本实验的模拟系统中要用三只运算放大器？12实验三线性系统的频率特性的测试一、实验目的1、掌握用频率法测试线性系统的频率特性。2、根据所测得的频率特性，写出系统的传递函数。二、实验仪器1、自控原理电子模拟实验箱一台2、电脑一台（虚拟示波器）3、万用表一只三、实验原理对于稳定的线性定常系统或环节，当其输入端加入一正弦信号，它的稳态输出是一与输入信号同频率的正弦信号，但其幅值和相位将随着输入信号频率的变而变。即输出信号为，其中，。只要输入信号的频率，就可以

8、测得输出信号与输入信号的幅值比和它们的相位差。不断改变的频率，就可测得被测环节（系统）的幅频特性和相频特性。