自控实验报告一 典型环节的时域响应

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1、实验一典型环节的时域响应一、实验目的1．熟悉并掌握TD-ACC+(或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。二、实验设备PC机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。三、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1.1-1所示。(2)传递函数：Uo(s)Ui(s)=K(3)阶跃响应：Uot=Kt≥0其中K=R1Ro(4)模拟电路图：如图1.1-2所示。注意：

2、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：如右图1.1-3所示。(2)传递函数：Uo(s)Ui(s)=1TS(3)阶跃响应：Uot=1Ttt≥0其中T=R0C(4)模拟电路图：如图1.1-4所示。(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1.1-5所示。(2)传递函数：Uo(s)Ui(s)=k+1TS

3、(3)阶跃响应：Uot=k+1Ttt≥0其中K=R1RoT=R0C(4)模拟电路图：如图1.1-6所示。(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1.1-7所示。(2)传递函数：Uo(s)Ui(s)=KTS(3)模拟电路图：如图1.1-8所示。(4)阶跃响应：U0t=K1-e-tT,其中K=R1RoT=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。5．比例微分环节(PD)(1)方框图：如图1.1-9所示。(2)传递函数：

4、Uo(s)Ui(s)=ｋ(1+TS1+τS)(3)阶跃响应：U0t=KTδt+K其中K=R1+R2R0,T=R1R2R1+R2+R3C，τ=R3C,d(t)为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。(4)模拟电路图：如图1.1-10所示。(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=100K。②取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。6．比例积分微分环节(PID)(1)方框图：如图1.1-11所示。(2)传递函数：u0(s)ui(s)=kp+1Tis+Tds(3)阶跃响应

5、：U0t=Tdδt+Kp+1Tit其中δt为单位脉冲函数，Kp=R1Ro;Ti=RoC1;Td=R1R2C2R0(4)模拟电路图：如图1.1-12所示。(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF；R1=100K。②取R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF；R1=200K。四、实验步骤　1.按1.1.3节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臵了锁零场效应管，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

6、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U0端，观测输出端的实际响应曲线U0(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。五、实验总结　　通过本实验，了解了典型环节的动态特性，了解它们的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。