自动化自控原理实验指导书

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1、实验一典型环节的时域响应一实验目的：1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃曲线。对比差异、分析原因。3．了解参数变化对典型环节阶跃特性的影响。二、实验原理及内容 1．比例(P)环节的方块图、传递函数、模拟电路比例环节的方块图，如图1.1.1：图1.1.1其传递函数为：模拟电路：如图1.1.2所示，于是，实验参数取R0＝100k，R1＝200k或100k。图1.1.22．积分(I)环节的方块图、传递函数、模拟电路积分环节的方块图,如图1.2.1：图1.2.1其传递函数为：模拟电路：如图1.2

2、.2所示，于是，，14实验参数取R0＝100k，C＝1uF或2uF。图1.2.23．比例积分(PI)环节的方块图、传递函数、模拟电路比例积分环节的方块图，如图1.3.1图1.3.1其传递函数为：模拟电路：如图1.3.2所示，于是，实验参数取R0＝R1＝200k，C＝1uF或2uF。 图1.3.24．比例微分(PD)环节的方块图、传递函数、模拟电路比例微分环节的方块图，如图1.4.1图1.4.1其传递函数为：14模拟电路：如图1.4.2所示。取，则有，，实验参数取R0＝R2＝100k，R1＝100k或200k，R3＝10k，C＝1uF。图1.4.2 5．

3、惯性环节的方块图、传递函数、模拟电路惯性环节的方块图,如图1.5.1图1.5.1其传递函数为：模拟电路：如图1.5.2所示，其中，，实验参数取R0＝R1＝200k，C＝1uF或2uF。图1.5.26．比例积分微分(PID)环节的方块图、传递函数、模拟电路比例积分微分环节的方块图，如图1.6.1：14图1.6.1其传递函数为：模拟电路：如图1.6.2。取，则有，，，实验参数取R0＝100k，R1＝100k或200k，R2＝R3＝10k，C1＝C2＝1uF。 图1.6.2三、实验步骤1.按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

4、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。3.将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出U0端，观测输出端的实际响应曲线U0(t)，记录实验波形及结果。4.改变几组参数，重新观测结果。5.用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分微分环节的模拟电路图。观测这些

5、环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。14实验二典型系统动态性能和稳定性分析一、实验目的 1．学习和掌握动态性能指标的测试方法,以及对象的三种阻尼比下的响应曲线。2．研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。 二、实验原理及内容 1．典型二阶系统稳定性分析（1）．结构框图（如图2.1.1）：     图2.1.1  （2）．对应的模拟电路图（如图2.1.2）：14图2.1.2(3).理论分析：系统开环传递函数为：(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稳定

6、性，应与理论分析基本吻合。在此实验中（图2.1.2），其闭环传递函数为、，其中自然振荡角频率：阻尼比：2．典型三阶系统稳定性分析(1)结构框图（如图2.1.3）： 图2.1.3(2)模拟电路图（如图2.1.4）：    14　                      图2.1.4(3)理论分析：系统开环传递函数为：其中系统的特征方程为:　(4)实验内容实验前由Routh判断得Routh行列式为：　为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有： 得：14三、实验步骤1．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

7、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。2.典型二阶系统瞬态性能指标的测试(1)按模拟电路图2.1.2接线，将1中的方波信号接至输入端，取R=10K。(2)用示波器观察系统响应曲线C(t)，测量并记录超调MP、峰值时间tp和调节时间tS。(3)分别按R=50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线C(t)，测量并记录性能指标MP、tp和tS，及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较(实验前必须按公式计算出)。将实

8、验结果填入表1中，表中已填入了一组参考测量值，供参照。3．典型三阶系统的性能(1)按2.1.4