自动控制原理实验指导书-2011电气

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1、《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15实验一控制系统典型环节的模拟一、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二、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）、万用表一只三、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

2、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15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154）、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=100KR2=200KC=0.1uF图1-6比例积

3、分环节156）、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

4、和G2(S)=1/（0.5S）3）、比例微分环节G1(S)=2+S和G2(S)=1+2S4）、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）

5、、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？15实验二二阶系统的瞬态响应分析一、实验目的1、熟悉二阶模拟系统的组成。2、研究二阶系统分别工作在x=1，01三种状态下的单位阶跃响应。3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量sP、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。一、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

6、，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3-2二阶系统原理框图数为：15调节开环增益K值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn和x的值，还可以得到过阻尼(x>1)、临界阻尼（x=1）和欠阻尼（x<1）三种情况下的阶跃响应曲线。（1）、当K>0.625，0151，

7、系统工作在过阻尼状态，它的单位阶跃响应曲线和临界阻尼时的单位阶跃响应一样为单调的指数上升曲线，但后者的上升速度比前者缓慢。三、实验内容与步骤1、根据图3-1，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为：2、令ui(t)=1V，在示波器上观察不同K（K=10，5，2，0.5）时的单位阶跃响应的波形，并由实验求得相应的σp、tp和ts的值。3、调节开环增益K，使二阶系统的阻尼比，观察并记录此时的单位阶跃响应波形和σp