自动控制原理实验指导书(2个).doc

自动控制原理实验指导书 刘 芹 仲恺农业工程学院 机电工程学院自动化实验室 2012年4月 目　　　　录 实验一 典型环节的时域响应 …………………………………1 实验二 典型系统的时域响应………………………………….10 实验三 典型系统的稳定性分析…………….……………..…. 13 实验一 典型环节的时域响应 一、 实验目的 1．掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握TD－ACC设备的使用方法。 2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。 3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、 实验设备 PC机一台，TD-ACC系列教学实验系统一套。 三、 实验原理及内容 下面列出了各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 （P） (1) 方框图： 图1－1 (2) 传递函数： (3) 阶跃响应：Uo(t) = K ( t≥0 ) 其中K = R1 / R0 (4) 模拟电路图： 图1－2 (5) 理想与实际阶跃响应对照曲线 ① 取R0 = 200K；R1 = 100K。 ② 取R0 = 200K；R1 = 200K。 2．积分环节（I） (1) 方框图： 图1－3 (2) 传递函数： (3) 阶跃响应： ( t≥0 ) 其中T = R0C (4) 模拟电路图： 图1－4 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0 = 200K；C = 1uF。 ② 取R0 = 200K；C = 2uF。 3．比例积分环节（PI） (1) 方框图： 图1－5 (2) 传递函数： (3) 阶跃响应： ( t≥0 ) 其中K = R1/R0 ；T = R0C (4) 模拟电路图：见图 1.1－6 图1－6 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0 = R1 = 200K；C = 1uF。 ② 取R0=R1=200K；C=2uF。 4．惯性环节（T） (1) 方框图： 图1－7 (2) 传递函数：。 (3) 模拟电路图：见图1.1－8 图1－8 (4) 阶跃响应：，其中；。 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0=R1=200K；C=1uF。 ② 取R0=R1=200K；C=2uF。 5．比例微分环节（PD） (1) 方框图：见图1.1－9 图1－9 (2) 传递函数： (3) 阶跃响应：。 其中，，为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ(4) 模拟电路图： 图1－10 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0 = R2 = 100K，R3 = 10K，C = 1uF；R1 = 100K。 ② 取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。 6．比例积分微分环节（PID） (1) 方框图 图1－11 (2) 传递函数： (3) 阶跃响应：。 其中为单位脉冲函数，；； (4) 模拟电路图： 图1－12 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 100K。 ② 取R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 200K。 四、 实验步骤 1．观察比例、积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线 (1) 实验接线 ① 准备：将信号源单元的“ST”端（插针）与“＋5V② 阶跃信号的产生 电路可采用图1－13H1”与“＋5VH2”插针用排线接至“X”插针，“X”端原有的“短路块”应拔掉，再将“Z”插针和“GND”插针用“短路块”短接，最后信号由大插孔“Y”端输出。实验中按动按钮即可产生阶跃信号，调节电位器可以改变阶跃信号的幅值。以后实验再用到阶跃信号时，方法同上，不再赘述。 图1－13(2) 实验操作 ① 按模拟电路图将线接好。将阶跃信号加至输入端，调节单次阶跃单元中的电位器，按动按钮，用示波器观察阶跃信号，使其幅值为1V左右。 ② 用示波器的CH1”和CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出U0端）U0(t)，并将结果记下。 ③ 改变几组参数，重新观测结果。 ③ 用同样的方法分别搭接积分、比例积分、比例微分和惯性环节的模拟电路图，用示波器观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，并将结果记下。 2．观察PID环节的响应曲线 (1) 此时Ui采用信号源单元的周期性方波信号，具体实现如下：将信号源单元的ST”的插针改为与S”插针短接，信号类型选择开关置于方波档，OUT”端的输出电压即为阶跃信号电压。信号的周期由信号频段选择开关和调频电位器来调节，幅值由调幅电位器来调节。以信