自动控制原理的实验资料3.doc

实验1 典型环节的模拟研究 1.1 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。 1.2 实验设备 PC 机一台，TD－ACC 系列教学实验系统一套。 1.3 实验原理及内容 下面列出了各典型环节的传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 （P） (1)传递函数： (2) 阶跃响应： Uo(t) = K ( t ≥ 0 ) 其中K = R1 / R0 (3) 模拟电路图： 图1-1 2．积分环节（I） (1) 传递函数： (2) 阶跃响应： (3) 模拟电路图 图1-2 3．惯性环节（T） (1) 传递函数： (2) 模拟电路图：见图1－3 (3) 阶跃响应： 图1-3 4．比例积分环节（PI） (1) 传递函数： (2) 阶跃响应： (3) 模拟电路图： R0=200K；R1＝200K；C＝1uF或2uF 或者，R0=100K或200K，R1=68K,C=10uF(旧箱) 图1-4 5．比例微分环节（PD） (1) 传递函数： (2) 阶跃响应： 其中，，δ(t)为理想单位脉冲函数。 (3) 模拟电路图： R0=100K, R2=100K，C=1uF; R3=10K，R1=100K或200K(新箱) R0=50K, R2=10K，C=1uF; R3=10K，R1=100K或200K(旧箱) 图1-5 6．比例积分微分环节（PID） (1) 传递函数： (2) 阶跃响应： 其中δ(t) 为单位脉冲函数， (3) 模拟电路图： R0=100K, R2=100K，C1=C2=1uF; R3=10K，R1=100K或200K(新箱) R0=50K, R2=10K，C1=C2=1uF; R3=10K，R1=100K或200K(旧箱) 图1-6 1. 4 实验步骤 1．观察P、I、PI、惯性环节、PD及PID的阶跃响应曲线 (1) 实验接线 准备：输入信号Ui 采用U1 SG信号源单元的周期性方波信号，具体实现如下：将信号源U1单元的“ST”的插针与“S”插针用短路块短接，S11波段开关置于“方波信号”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号。信号的周期由波段选择开关S12和电位器W12来调节，信号幅值由电位器W11来调节。以信号幅值小、信号周期较长比较适宜。 (2) 实验操作 ① 按比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。 ②将 (1) 中产生的周期性方波信号加到比例环节的输入端Ui ，用示波器观测输出U0 端，可以观测到比例环节的阶跃响应曲线。 ③改变电路参数，重新观察并将结果记录到表1-1中。 ④ 用同样的方法分别搭接积分、比例积分、比例微分、惯性环节、比例积分微分的模拟电路图，用示波器观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，并记录结果。 2．注意事项：本系统安装了高效开关电源，它的重新开启和上一次断开之间的时间应大于30秒，因此不要过于频繁的开启电源。 1. 5 实验预习要求 (1)实验前预习实验指导书上相应内容； (2)求出各典型环节在给定参数下的理想阶跃响应曲线； (3)认真思考一般环节的电路模拟图构成，并找出规律，学会设计简单的环节模拟图。 1. 6 实验报告要求 (1)画出各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。 表1-1(注：实验中参数可能与下列参数不一致，请按实际填写) 典型环节 传递函数参数与模拟电路参数关系 单位阶跃响应 理想阶跃响应 实测阶跃响应 比例 K = R1 / R0 Uo(t) = K R0= R1= (画出响应曲线) (画出响应曲线) R1= 惯性 K = R1 / R0 T= R1C Uo(t) = R0= R1= C= C= 积分 T= R0C Uo(t) = t/T R0= C= C= PI K = R1 / R0 T= R0C Uo(t) =K+t/T R0= R1= C= C= 续表1-1 典型环节 传递函数参数与模拟电路参数关系 单位阶跃响应 理想阶跃响应 实测阶跃响应 PD ，， 理想： Uo(t) = KTδ(t)+K R0= R2= R3= C= R1= R1= PID KP= R1 / R0 TI= R0C1 TD=R1 R2C2/R0 理想： Uo(t) = TDδ(t)+