自控典型环节的电路模拟.doc

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1、实验报告课程名称：自动控制原理实验名称：典型环节的电路模拟一、实验目的（1）熟悉THBDC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用。（2）熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟。（3）测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。二、实验仪器（1）THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台。（2）PC机一台(含上位机软件)、数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、采接卡接口线。三、五种典型环节原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组成。1.比例（P）环节比例环节的特点是输出不失真、不延

2、迟、成比例地复现输出信号的变化。它的实验电路与方框图分别如下：由运算放大器的虚短、虚断原理：u+=u-，i+=i-=0，可得：IR1=IR2,=(反相器改变了UO的符号),UO=UI,作为比例环节的传递函数与方框图如下：G(s)===K当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K时的响应曲线如图所示。2.积分（I）环节积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的实验电路与方框图分别如下：（图中后一个单元为反相器）设Ui(S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T时的响应曲线如图1-3所示。3.比例积分(PI)环节比例积分环节的电路图与方框图分别为：其中

3、T=R2C，K=R2/R1设Ui(S)为一单位阶跃信号，下图示出了比例系数(K)为1、积分系数为T时的PI输出响应曲线。图1-44.比例微分(PD)环节比例微分环节的电路图与方框图分别为如下：其中设Ui(S)为一单位阶跃信号，下图示出了比例系数(K)为2、微分系数为TD时PD的输出响应曲线。.5.惯性环节惯性环节的电路图与方框图分别为：当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为1、时间常数为T时响应曲线如图所示。四、实验数据图及分析1、比例环节（单位阶跃响应）①当电路中的参数取：R1=100K，R2=100K响应曲线如下：此时K===1,所以输入

4、与输出曲线重合。②当电路中的参数取：R1=100K，R2=200K响应曲线如下：同理，此时，K=2所以输出曲线是输入曲线的两倍。所以随着R1,R2比值的改变，比例系数K也在改变，但输出形式和输入一样，均为定值2、积分（I）环节①当电路中的参数取：R=100K，C=10Uf响应曲线如下：T=RC=100K×10uF=1，G(S)==令Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L’[G(s)Ui(s)]=L’(1.2)=1.2t所以上图曲线是以1.2为斜率的直线②当电路中的参数取：R=100K，C=1Uf响应曲线如下：T=RC=100K×1uF=0.1，G(S)==

5、Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L’[G(s)Ui(s)]=L’(1.2)=12t所以上图曲线是以12为斜率的直线,明显比实验①陡。随着RC的改变，积分时间常数改变，且积分时间常数越小，输出值线性变化的越快。当t=T时，Uo=Ui3.比例积分(PI)环节①当电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF响应曲线如下：K=R2/R1=1,T=R1C=100K×10uF=1G(s)=1+Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L’[G(s)Ui(s)]=L’[1.2]=1.2(t+1)所以输出的曲线以1.2为斜率，且t=0时，Uo=1.2②

6、当电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF响应曲线如下：K=R2/R1=1,T=R1C=100K×1uF=0.1G(s)=1+Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L’[G(s)Ui(s)]=L’[1.2]=12t+1.2所以输出的曲线以12为斜率，且t=0时，Uo=1.2随着R1,R2,C的改变，比例系数和积分时间常数均在改变，输出曲线即在输入值比例放大后的的基础上，在积分调节的作用下线性增加，且同样积分时间常数越小，增加的越快。4.比例微分(PD)环节①当电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF响应曲线如下：K=R2

7、/R1=1,T=R1C=100K×10uF=1SG(s)=1+SUi(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L’[G(s)Ui(s)]=L’[1.2(S+1)]=所以，一开始输出值达到顶点，然后又回到1.2②当电路中的参数取：R1=200K，R2=100K，C=10uF响应曲线如下：K=R2/R1=0.5,T=R1C=200K×10uF=2sG(s)=0.5(1+2s)Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L’[G(s)Ui(s)]=L’[1.2·0.5(2S+1)]=所以，一开始输出值达到顶点，然后又变成输入值的一半0.6随着R1,R2,C的改变，比例系数和

8、微分时间常数会改变。对于