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现代机械工程基础实验Ⅰ（机电）实验报告 （机械控制编程 山东建筑大学机电工程学院 目录 1.开环系统设计 1 1.1积分环节 1 1.1.1.正弦信号输入 1 1.1.2.阶跃信号输入 2 1.2.一阶惯性环节 3 1.2.1正弦信号输入 3 1.2.2.单位阶跃信号输入 4 2.闭环系统设计 5 2.1.闭环系统的积分环节 5 2.1.1.正弦信号输入 5 2.2.2.单位阶跃信号输入 6 2.2.一阶惯性环节 7 2.2.1.正弦信号输入 7 2.2.2.单位阶跃信号输入 8 2.3.一阶惯性环节和积分环节串联 9 2.3.1.正弦信号输入 9 2.3.2.阶跃信号输入 10 1.开环系统设计 1.1积分环节 积分环节传递函数为 =，积分环节是输出量与输入量对时间积分成正比的环节，一个显著特点是输出量取决于输入量对时间的积累过程。输入量作用一段时间后，即使输入量变为零，输出量仍将保持在已达到的数值，有记忆功能；另一个特点是有明显的滞后作用积分通常与比例控制或微分控制联合构成PI或PID控制，增大积分时间常数(积分减弱)有利于减小超调，减小震荡、使系统更稳定，但同时延长系统消除静差的时间当输入为单位阶跃信号时，输出为输入对时间的积分，输出y(t)随时间呈直线增长。 当t趋于无穷大时，惯性环节可以近似地视为积分环节，当t趋于0时，惯性环节可以近似地视为比例环节。一阶惯性环节跟踪斜坡信号在稳态时，系统的输入、输出信号的变化率完全相等，但由于系统存在惯性，当c(t)从0上升到1时，对应的输出信号在数值上要滞后于输入信号一个常量T，所以又叫一阶滞后环节。校正环节就是为了系统校正而添加的环节闭环系统中，可以有效的消除闭环系统的稳态误差通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统[Xo(s)]=1/2*［1(t)-e-2t］，所以输出信号为上图所示。 2.2.一阶惯性环节 2.2.1.正弦信号输入 输出 分析：惯性环节含有一个储能元件，输出量延缓反应输入的变化。由于闭环系统反馈的存在，使得输入输出具有如下关系：当输入为正弦波时，由零变为幅值1时，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢增加趋势，当到达1/4周期时，输入变化为递减，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢减小趋势，当到达3/4周期时，输入变化为递增，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢增加趋势。由于传递函数小于1，所以输出幅值小于输入幅值，故有图示的波形。 2.2.2.单位阶跃信号输入 输出 分析：惯性环节含有一个储能元件，输出量延缓反应输入的变化。由于闭环系统反馈的存在，使得输入输出具有如下关系：当输入为阶跃信号时，由零变为幅值1时，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢增加趋势，由于传递函数小于1，所以输出幅值小于输入幅值，故有图示的波形。 2.3.一阶惯性环节和积分环节串联 2.3.1.正弦信号输入 输出 分析：一阶惯性环节与积分环节串联，积分环节传递函数为 =，输入信号为正弦波信号，前半周期具有不等于零的幅值，输出信号呈线性增加，当输入幅值为零时，输出信号幅值保持不变，后半周期幅值为负值，输出量呈负的线性增加，即线性减小，到一个整周期时，输入信号幅值为零，输出信号幅值保持，依次进行，故具有图示的波形 2.3.2.阶跃信号输入 输出 分析：一阶惯性环节与积分环节串联，积分环节传递函数为 =，输入信号为阶跃信号时，此串联传递函数在阶跃在信号上升沿处，输出信号呈线性增加，当输入幅值不变时，输出信号幅值保持不变，故具有上图示的波形。 现代机械工程基础实验Ⅰ（机电）实验报告 2