控制系统典型环节与系统的模拟.doc

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1、控制系统典型环节与系统的模拟一、实验目的1.掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。2.测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。二、实验设备1.TKKL-1控制理论实验箱1台2.TDS1001B数字存储示波器1台3.台式计算机4.U盘1只三、实验原理1.以运算放大器为核心，由其不同的输入R-C网络和反馈R-C网络构成控制系统的各种典型环节，用数字存储示波器测量各环节的阶跃响应曲线。2.操作过程注意事项。A、接通TKKL-1实验箱的电源总开关。B、接通TKKL-1实验箱上的直流电源开关。C、接通TKKL-1实验箱上的阶跃信号发生器电源开关。D、电位器顺时针调节

2、时电阻值增大。E、示波器探头接地端要与实验箱的地端牢固连接。四、实验内容1.分别画出比例、积分、惯性、微分和振荡环节的电路原理图。2.按所设计的电路原理图接线，并在各电路的输入端输入阶跃信号，在电路的输出端观察并记录其单位阶跃响应的输出波形。比例环节G1(S)=1和G2(S)=2积分环节G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.51S+1)惯性环节G1(S)=1/S和G2(S)=1/(0.51S)震荡环节R1=100K,R2=1M,R3=100K,R4=100K,R5=1M,R6=100K,C1=1uF,C2=1uFR1=100K,R2=1M,R3=100K,R4=100K,R5=1

3、M,R6=100K,C1=2uF,C2=1uF微分环节G(s)=410(1+0.02S)/200五、思考题1.用运算放大器模拟典型环节时，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出来的？答：①假定运放具有理想特性，即满足“虚短”“虚断”特性。②运放的静态量为零，输入量、输出量和反馈量都可以用瞬时值表示其动态变化。2.积分环节与惯性环节的主要差别是什么？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？答：惯性环节的特点是，当输入x(t)作阶跃变化时，输出y(t)不能立刻达到稳态值，瞬态输出以指数规律变化。而积分环节，当输入为单位阶跃信号时，输出为输入对时间的积分，输出

4、y(t)随时间呈直线增长。当t趋于无穷大时，惯性环节可以近似地视为积分环节，当t趋于0时，惯性环节可以近似地视为比例环节。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。答：用示波器的“时标”开关测出过渡过程时间t，即98%U0时的时间，由公式T=t/4计算时间常。六、实验心得通过该实验的学习，进一步熟悉对电路的连接，熟悉了数字存储示波器的使用方法，懂得如何测量典型环节的阶跃响应曲线。实验中的控制理论实验箱简单易懂，操作方便。实验指导老师辅导的很到位，让我们很清楚的了解到实验的原理。