上理典型环节及其阶跃晌应选编.doc

实验一典型环节及其阶跃晌应 一、实验目的 1.掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。 2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。 二、预习要求 1.阅读实验原理部分，掌握时域性能指标的测量方法。 2. 分析典型一阶系统的模拟电路和基本原理。 二、实验原理 1.模拟实验的基本原理: 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同 的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环 节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利 用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态晌应曲线及性能指标。 若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 系统的典型环节是按数学模型的共性去建立的，分析或设计控制系统必先建立系 统或被控对象的数学模型，可与典型环节对比。熟知典型环节的动态性能和响应，可 为研究系统提供方便。 2. 在实际模拟环节注意， 1)实际运算放大器输出幅值受其电源限制是非线性的，实际运算放大器是有惯性的: 2) 对比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和振荡环节，只要控制了输入 量的大小或是输入量施加的时间的长短(对积分或比例积分环节) ，不使其输出 在工作期间内达到饱和，则非线性因素对上述环节特性的影响可以避免。但对模 拟比例微分环节和微分环节的影响则无法避免，其模拟输出只能达到有限的最高 饱和值。 3) 实际运放有惯性，它对所有模拟惯性环节的暂态响应都有影响，但情况又有较大 的不同。 四、实验内容 构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应: 比例环节CP) 的模拟电路及其传递函数如图3-1-10 比例环节的输出量能够无失真、无滞后地按比例复现输入量。如:物理系统中的 无弹性形变的杠杆，非线性和时间常数可以忽略不计的电子放大器，传动链之速 比，测速发电机的电压与转速的关系。 惯性环节的模拟电路及其传递函数如图3-1-2 。 惯性环节又称非周期环节，其单位阶跃响应是非周期的指数函数，当t=3J~4t 时输出量才接近稳态值。如直流电机的励磁回路。 3. 积分环节(1)的模拟电路及传递函数如图3-1-3 。 只要有一个恒定的输入量作用于积分环节，其输出量就与时间成正比地无限增 加。实际上放大器都有饱和特性，输出不可能无限制增加。 4. 微分环节CD) 的模拟电路及传递函数如图3-1-4 。 微分环节的单位阶跃响应是一个面积为τ 的脉冲，脉宽为0 ，幅值为无穷大。 5. 比例+微分环节CPD) 的模拟电路及传递函数如图3-1-50 6. 比例十积分环节cpn 的模拟电路及传递函数如图3-1-6. 五、实验步骤 1.启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。 2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通 信正常后才可以继续进行实验。 比例环节 3. 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入u. 接A/D 、D/A 卡的DA. 输出，电路 的输出U2 接A/D 、D/A 卡的AD. 输入。检查无误后接通电源。 4 . 在实验课题下拉菜单中选择实验→[典型环节及其阶跃响应]。 鼠标单击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设置窗口中设置实验参数:波源类型为阶跃波，信源电压为一1，鼠标单击确认，等待屏幕的显示区显示实验结果。 6. 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。 7. 按照实验数据表格记录波形及数据。 惯性环节 8. 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U l 接A/D、D/A 卡的DA ，输出，电路的输出U2 接A/D 、D/A 卡的ADl 输入。检查无误后接通电源。 9 实验:步骤同4----7 积分环节 10. 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入Ul 接A/D 、D/A 卡的DA，输出，电路的输出U2 接A/D 、D/A 卡的ADl 输入。检查无误后接通电源。 1 1.实验步骤同4----7 微分环节 12. 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入Ul 接A/D 、D/A 卡的DAl 输出，电路的输出U2 接A/D 、D/A 卡的ADl 输入。检查无误后接通电源。 13. 实验步骤同4........7 比例+积分环节 14. 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U l 接A/D 、D/A 卡的DA，输出，电路的输出U2 接A/D 、D/A 卡的ADl 输入。检查无误后接通电源。 15. 实验步骤同4........7 16. 测量系统的阶跃响应曲线，完成实验数据表格的填写。 五、实验数据记录表格 典型环节 参数设置 传递函数 单位阶跃响应表达式 单位阶跃响应曲线 比例环节(p) K=