自动控制原理实验指导书-2011电气.doc

《自动控制原理》 实验指导书 实验一 控制系统典型环节的模拟 实验二 二阶系统的瞬态响应分析 实验三 自动控制系统的动态校正实验一 控制系统典型环节的模拟 实验目的 1）、熟悉超低频扫描示波器的使用方法 2）、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路 3）、测量典型环节的阶跃响应曲线 4）、通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响 实验仪器 1）、控制理论电子模拟实验箱一台 2）、超低频慢扫描示波器一台 3）、万用表一只 实验原理 以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R、C构成。 基于图中A点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得： 由上式可求得由下列模拟电 路组成的典型环节的传递函数及 其单位阶跃响应。 1)、比例环节 比例环节的模拟电路如图1-2所示： 图1-1、运放的反馈连接 图1-2 比例环节 2）、惯性环节 取参考值R1=100K，R2=100K，C=1uF 图1-3、惯性环节 3）、积分环节 取参考值R=200K，C=1uF 图1-4、积分环节 4）、比例微分环节（PD），其接线图如图及阶跃响应如图1-5所示。 参考值R1=200K，R2=410K，C=0.1uF 图1-5 比例微分环节 5）、比例积分环节，其接线图单位阶跃响应如图1-6所示。 参考值R1=100K R2=200K C=0.1uF 图1-6 比例积分环节 6）、振荡环节，其原理框图、接线图及单位阶跃响应分别如下所示。 图1-7 振荡环节原理框图 图1-8 振荡环节接线图 图1-8为振荡环节的模拟线路图，它是由惯性环节，积分环节和一个反相器组成。根据它们的传递函数，可以画出图1-7所示的方框图，图中 欲使图1-8为振荡环节，须调整参数K和T1，使0(1，呈欠阻尼状态。即环节的单位阶跃响应呈振荡衰减形式。 四、实验内容与步骤 1、分别画出比例、惯性、积分、微分和振荡环节的电子电路图。 按下列各典型环节的传递函数，调节相应的模拟电路的参数。观察并 记录其单位阶跃响应波形。 1）、比例环节 G1(S)=1和G2(S)=2 2）、积分环节 G1(S)=1/S和G2(S)=1/（0.5S） 3）、比例微分环节 G1(S)=2+S和G2(S)=1+2S 4）、惯性环节 G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1) 5）、比例积分环节（PI）G（S）=1+1/S和G（S）=2（1+1/2S） 五、注意事项 1）、输入的单位阶跃信号取自实验箱中的函数信号发生器。 2）、电子电路中的电阻取千欧，电容为微法。 六、实验报告要求 1）、画出六种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）、写出实验心得与体会。 七、实验思考题 1）、用运放模拟典型环节时，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出的？ 2）、积分环节和惯性环节主要差别是什么?在什么条件下,惯性环节可以近似地视为积分环节?在什么条件下，又可以视为比例环节？ 3）、如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？ 实验二 二阶系统的瞬态响应分析 实验目的 熟悉二阶模拟系统的组成。 研究二阶系统分别工作在(=1， 0( 1， 和( ( 1三种状态下的单 位阶跃响应。 分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量(P、峰值时间tp和调 整时间ts。 4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。 实验原理 图3-1 二阶系统的模拟电路 图3-1为二阶系统的模拟电路图， 它是由惯性环节、积分环节和反相器 组成。图3-2为图3-1的原理方框图， 图中K=R2/R1， T1=R2C1，T2=R3C2。 由图3-2求得二阶系统的闭环传递函 图3-