（物联网）TD-ACS 6.0自动控制原理实验教程.docx

10- 实验1 典型环节的时域响应 1 实验目的 1．熟悉并掌握TD-ACS设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。 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。对比差异、分析原因。 3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 2 实验设备 PC机一台，TD-ACS实验系统一套。 3 实验原理及内容 下面列出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：如图1-1所示。 图1-1 （2）传递函数： （3）阶跃响应： 其中K=R1/R0 （4）模拟电路图：如图1-2所示。 图1-2 注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K的电阻，实验中不需要再接。以后的实验中用到的运放也如此。 （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：如下图1-3所示。 图1-3 （2）传递函数： （3）阶跃响应： 其中T=R0C （4）模拟电路图：如图1-4所示。 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：如图1-5所示。 图1-5 （2）传递函数： （3）阶跃响应： 其中K=R1/R0；T=R0C （4）模拟电路图：如图1-6所示。 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：如图1-7所示。 图1-7 （2）传递函数：。 （3）模拟电路图：如图1-8所示。 图1-8 （4）阶跃响应：，其中K=R1/R0；T=R1C （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 实验步骤 1．按实验内容中所列举的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．将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。 3．将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，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Uo端，观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，记录实验波形及结果。 4．改变几组参数，重新观测结果。 5．用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分微分环节的模拟电路图。观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。 5 实验现象分析 1.各环节实验数据 表1-1 各环节实验数据 模拟环节 电路元件 参数值 传递函数参数值 理论值 实测值 比例环节 R0=200K R1=100K R0=200K R1=200K = 1 \* GB3 ①K= = 2 \* GB3 ②K= = 1 \* GB3 ①K= = 2 \* GB3 ②K= 积分环节 C=1uF C=2uF = 1 \* GB3 ①T= = 2 \* GB3 ②T= = 1 \* GB3 ①T= = 2 \* GB3 ②T= 比例积分 环节 C=1uF C=2uF = 1 \* GB3 ①K= T= = 2 \* GB3 ②K= T= = 1 \* GB3 ①K= T= = 2 \* GB3 ②K= T= 惯性环节 C=1uF C=2uF = 1 \* GB3 ①K= T= = 2 \* GB3 ②K= T= = 1 \* GB3 ①K= T= = 2 \* GB3 ②K= T= 2.各环节实验曲线 6 思考题 推导下列电路的传递函数。 实验2 控制系统的复域设计 1 实验目的 1．建立系统模型及信号流图，推导系统闭环传递函数； 2．熟悉MATLAB编程语言，利用MATLAB绘制系统根轨迹、确定系统主导极点、系统阶跃响应； 3．设计控制系统使设计后系统满足给定的性能指标。 2 实验设备 PC机一台，TD-ACS教学实验系统一套。 3 实验原理及内容 自动平衡秤能自动完成称重操作，其示意图如图2-1所示。 图2-1 称重时，由下面一个电动反馈环节控制其自动平衡。图2-1中所示为无重物时的平衡状态。图中是砝码离枢轴的距离；待称重物W将放置在轴处；重物一方还有一个粘性阻尼器，其到枢轴的距离。平衡秤的有关系数如下： 枢轴惯量，电池电压，粘性阻尼器的阻尼系数，反馈电位计增益，导引螺杆增益，输入电位计增益，砝