实验一THBDC-1典型环节的电路模拟.doc

实验目的 了解THBDC-1控制及理论实验平台的硬件组成和软件使用 掌握典型环节的电路模拟 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 实验设备 THBDC-1型 控制理论计算机控制技术实验平台； PC机一台、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。 实验内容 熟悉THBDC-1控制理论实验平台的硬件组成和软件使用。 设计并组建比例、积分、微分、惯性、等典型环节的模拟电路； 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。 实验步骤 熟悉THBDC-1控制理论实验平台的相关硬件； 直流稳压电源、阶跃信号发生器、低频函数信号发生器、锁零按钮、通用单元电路、数据采集接口单元、实物实验单元 熟悉THBDC-1控制理论实验平台的软件 设计组建比例、积分、微分、惯性、等典型环节的模拟电路并测试 比例（P）环节 传递函数 G（s）=Uo(s)/Ui(s)=K 根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计组建相应的模拟电 路，如下 根据模拟电子技术的信号的运算和处理章节 有关反相比例运算电路部分可知 K的绝对值=R2/R1 图中后一个单元为反相器，其中R0=200K 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 若比例系数K=4时，电路中的参数取：R1=51K，R2=200K 当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测，并记录相应K值时的实验曲线，并与理论值进行比较。 K=1 比例环节 单位阶跃响应曲线 K=2 比例环节 单位阶跃响应曲线 K=4 比例环节 单位阶跃响应曲线 积分（I）环节 传递函数 G（s）=Uo(s)/Ui(s)=1/(Ts) 根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计组建相应的模拟电 路，如下图所示。 若积分时间常数T=1S时，电路中参数取：R=100K，C=10μF 若积分时间常数T=0.1S、0.5S时，电路中电阻电容参数应如何选取？ T=RC T=0.1S时，电路中参数取：R=100K，C=1μF T=0.5S时，电路中参数取：R=51K， C=10μF 当ui为单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测，并记录相应T值时的实验曲线，并与理论值进行比较 积分时间常数T=1S的输出响应曲线 积分时间常数T=0.1S的输出响应曲线 积分时间常数T=0.5S的输出响应曲线 分析实验步骤1）2）可得以下结论： 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造系统的不稳定。参数K的大小决定了系统输出特性值的稳态值，K越大稳态值越大。 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数T，T越小，积分作用就越强，实验输出响应曲线的斜率就越大，上升时间短。反之积分作用就弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。 比例积分（PI）环节 传递函数 G（s）=Uo(s)/Ui(s)= K+ 1/(Ts) 根据比例积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计组建相应的模拟电路，如下图所示 图中后一个单元为反相器，其中R0=200K 若比例系数K=1、积分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10μF 若比例系数K=1、积分时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1μF [ T=R2*C K=R2/R1 ] 当ui为单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测并记录相应T及K值时的实验曲线，并与理论值进行比较。 比例系数K=1，积分时间常数T=1S 比例系数K=1，积分时间常数T=0.1S PI比例积分环节 无差控制，比例控制作用为主， 积分控制作用为辅（仅用于消除稳态偏差） 比例微分（PD）环节 传递函数 G(s)=Uo(s)/Ui(s)=K(1+Ts) 根据比例微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计组建相应的模拟电路，如下图所示。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=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1μF 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=10μF [ K=R2/R1=1 T=R1*