自动控制原理实验.docx

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1、实验一控制系统典型环节的模拟一、实验目的(1)熟悉超低频扫描示波器的使用方法。(2)掌握用运放组成控制系统典型环节的模拟电路。(3)测量典型环节的阶跃响应曲线。(4)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、实验所需挂件及附件DJK01、DJK15、双踪慢扫描示波器、万用表三、实验线路及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8-1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8-1得：u

2、oZ2(1)G(S)Z1ui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位阶跃响应。(1)比例环节比例环节的模拟电路如图8-2所示：运放的反馈连接Z2820K图8-1G(S)===2Z1410K图8-2比例环节(2)惯性环节R2/CSG(S)Z2R21/CSZ1R1R21R1R2CS1KTS11取参考值R1=100K，R2=100K，C=1uF图8-3惯性环节(3)积分环节Z21/CSG(S)Z1R1RCS1（3）TS式中积分时间常数T=RC,取参考值R=200K，C=1uF图8-4积分环节(4

3、)比例微分环节（PD），其接线图如图及阶跃响应如图8-5所示。Z2=R2G(S)=R1/CSZ1R1+1/CSR2?(R1CS+1)=R1=K(TDS+1)(4)其中K=R2,TD=R1CR1参考值R1=200K，R2=410K，C=0.1uF2图8-5比例微分环节(5)比例积分环节，其接线图单位阶跃响应如图8-6所示。Z2R+1/CS(RCS+1)G(S)=2=2=R1R1CSZ1=R21=R21+?(1+)R1R1CSR1R2CS=K(1+1)(5)T2SR2式中K=,T2=R2CR1参考值R1=100K

4、R2=200KC=0.1uF图8-6比例积分环节(6)振荡环节，其原理框图、接线图及单位阶跃响应波形分别如图8-7、8-8所示。图8-8为振荡环节的模拟线路图，它是由惯性环节，积分环节和一个反号器组成。根据它们的传递函数，可以画出图8-7所示的方框图，图中:R2/R1,1R2C1,2R3C2由图(8)可求得开环传递函数为:G(S)K其中1S(T1S1)则U(S)KK/T12noUi(S)T1S2SKS2S/T1K/T1S22nSn2K2n111n,,21n2T1T11欲使图8-8为振荡环节，须调整参数K和T1

5、，使0<<1，呈欠阻尼状态。即环节的单位阶跃响应呈振荡衰减形式。3图8-7振荡环节原理框图图8-8振荡环节接线图四、实验内容(1)分别画出比例、惯性、积分、微分和振荡环节的模拟电路图。(2)按下列各典型环节的传递函数，调节相应的模拟电路的参数，观察并记录其单位阶跃响应波形。①比例环节G1(S)=1和G2(S)=2②积分环节G1(S)=1/S和G(S)=1/（0.5S）2③比例微分环节G1(S)=2+S和G(S)=1+2S2④惯性环节G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1)⑤比例积分环节（P

6、I）G（S）=1+1/S和G（S）=2（1+1/2S）⑥震荡环节G(S)K102SK0.1S2S10五、实验报告T1S(1)画出六种典型环节的实验电路图，并注明相应的参数。(2)画出各典型环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。(3)写出实验的心得与体会。六、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。4实验二一阶系统的时域响应及参数测定一、实验目的(1)观察一阶系统在单位阶跃和斜坡输入信号作用下的瞬态响应。(2)根据一阶系统的单位阶跃响

7、应曲线确定系统的时间常数。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK15控制理论实验或DJK16控制理论实验3双踪慢扫描示波器或数字示波器4万用表三、实验线路及原理图8-8为一阶系统的模拟电路图。由该图可知io=i1-i2uiu0u0即-R0=-1/CSR0u=-u0R01/CS5根据上式，画出图8-10所示的方框图，其中T=R0C。由图8-10得：图8-9一阶系统模拟电路图U0(S)1Ui(S)TS1令ui(t)1(t),即Ui(S)1/S,则系

8、统的输出为UO(S)11)1-1S(TSSS1/T取拉氏反变换,得图8-10一阶系统原理框图-1t(1)UO(t)1-eT图8-11为一阶系统的单位阶跃响应曲线，当t=T时，（）–-1=0.632。这表示当C（t）上CT=1e升到稳定值的63.2%时，对应的时间就是一阶系统的时间常数T，根据这个原理，由图8-11可测得一阶系统的时间常数T。由上式（1）可知，系统的稳态值为1，因而该系统的跟踪阶跃输入