武汉大学《自动控制原理》实验报告剖析.docx

2016～2017学年第一学期 《自动控制原理》实验报告 年级：2014级 班号： 姓名： He 学号： 成绩： 教师： 实验设备及编号： 实验同组人名单： 实验地点：电气工程学院自动控制原理实验室 实验时间：2016年 10月  目录： 实验一 典型环节的电路模拟 2 一、实验目的 2 二、实验内容 2 三、实验电路图及参数 3 四、实验分析 10 五、实验思考题 11 实验二 二阶系统的瞬态响应 12 一、实验目的 12 二、实验设备 12 三、实验电路图及其传递函数 12 四、实验结果及相应参数 14 五、实验分析 16 六、实验思考题 16 实验五 典型环节和系统频率特性的测量 17 一、实验目的 17 二、实验设备 17 三、传递函数·模拟电路图及波特图 17 四、实验思考题 22 实验六 线性定常系统的串联校正 24 一、实验目的 24 二、实验设备 24 三、实验电路图及其实验结果 24 四、实验分析 28 五、实验思考题 28 实验七 单闭环直流调速系统 29 一、实验目的 29 二、实验设备 29 三、PID参数记录表及其对应图像 30 四、PID控制参数对直流电机运行的影响 37 实验一 典型环节的电路模拟 一、实验目的 1．熟悉 THKKL-B 型模块化自控原理实验系统及“自控原理软件”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、实验内容 1．设计并组建各典型环节的模拟电路； 2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。 三、实验电路图及参数 1． 比例（P）环节 比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。 它的传递函数与方框图分别为： 图 1-1 比例环节的模拟电路 图中后一个单元为反相器，其中 R0=200k。 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 1-2 所示。 若比例系数 K=1 时，电路中的参数取：R1=100k，R2=100k。 若比例系数 K=2 时，电路中的参数取：R1=100k，R2=200k。 图 1-2 比例环节的响应曲线 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。它的传递函数与方框图分别为： 根据积分环节的方框图，用CT01实验模块组建相应的模拟电路，如图 1-9 所示。 图 1-3 积分环节的模拟电路图中后一个单元为反相器，其中 R0=200k。 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 1-4 所示。 若积分时间常数 T=1s 时，电路中的参数取：R=100k，C=10uF(T=RC=100k×10uF=1s)； 若积分时间常数 T=0.1s 时，电路中的参数取：R=100k，C=1uF(T=RC=100k×1uF=0.1s)； 图 1-4 积分环节的响应曲线 3．比例积分(PI)环节 比例积分环节的传递函数与方框图分别为： 其中 T=R2C，K=R2/R1 根据比例积分环节的方框图，用CT01实验模块组建相应的模拟电路，如图 1-10 所示。 图 1-5 比例积分环节的模拟电路图中后一个单元为反相器，其中 R0=200k。 注：通过改变 R2、R1、C 的值可改变比例积分环节的放大系数 K 和积分时间常数 T。 设 Ui(S)为一单位阶跃信号，图 1-4 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。 若取比例系数 K=1、积分时间常数 T=1s 时，电路中的参数取：R1=100k，R2=100k，C=10uF(K= R2/ R1=1，T=R2C=100k×10uF=1s)； 若取比例系数K=1、积分时间常数T=0.1s时，电路中的参数取：R1=100k，R2=100k，C=1uF(K= R2/ R1=1，T=R2C=100k×1uF=0.1s)。 图 1-6 比例积分环节的响应曲线 4．比例微分(PD)环节 比例微分环节的传递函数与方框图分别为： 根据比例微分环节的方框图，用CT01实验模块组建相应的模拟电路，如图 1-11 所示。 图 1-7 比例微分环节的模拟电路图中后一个单元为反相器，其中 R0=200k。 若比例系数 K=1、微分时间常数 T=1s 时，电路中的参数取：R1=100k，R2=100k，C=10uF(K= R2/ R1=1，T=R1C=100k×10uF=1s)； 若比例系数 K=1、微分时间常数 T=