自控原理实验指导书解析

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1、自控原理实验指导书解析　　自动控制原理实验指导书　　赵家林　　　　南京工程学院二○一三年二月　　目录　　实验一典型环节及系统性能的模拟……………………………………………3学时实验二系统频率特性的测试……………………………………………………2学时实验三自动控制系统性能的校正………………………………………………2学时　　附录1自控原理实验报告　　附录2ZK—III型自动控制原理模拟实验系统使用说明　　1　　实验一典型环节及系统性能的模拟　　一、实验目的　　1．了解ZK—III型自动控制原理实验系统的功能，掌握

2、其操作使用方法；2．熟悉并定性地验证各种典型环节的阶跃响应曲线；　　3．研究一阶系统，二阶系统的运动规律，了解系统在阶跃信号作用下的过渡过程的变化；　　4．研究放大系数对闭环系统过渡过程的影响；二、实验仪器　　1．ZK—III型自动控制原理实验系统一台；2．接插线若干。三、实验步骤1实验系统的“测试准备”处于压下状态，Ui为负阶跃信号,其值为负的3V左右；2先接一反相器电路(如图一所示)，其输入接负阶跃信号，输出接“测试启动”同时接直流信号的“输入1”端；关断“负阶跃信号”。　　10kUi10k3将负阶跃

3、信号接在实验线路的输入端，再将实验线路的输出端接直流信号的“输入2”端；接好实验电路；关断“负阶跃信号”。··Uo4选择适当的“采样时间”和“量程”，　　图一反相器按一下“复位”键，仪器即做好了测试准备；　　5重复测量时先关断“负阶跃信号”,再按一下“复位”键即可。；　　6电位器顺时针调节阻值增大；7整个实验系统共地，实验系统内部地线可以不接。　　R2UiR1四、典型环节的实验内容　　1比例环节　　传递函数G(S)=K,其中:K=R2/R1。　　①按图二所示将实验线路接好　　图二比例环节　　2　　··Uo

4、②“采样时间”选,“量程”选6V，按一下“复位”键，仪器已经做好了测试准备；　　③打开“负阶跃信号”开关，观察并记录输出波形；2积分环节　　传递函数G(S)=1/TS,其中:T=R1×C。①按图三所示接好线路，并将积分电容的两端并到“放电”的两端；②采样时间选，量程选12V；③在输入端加上“负阶跃信号”，观察输出的动态过程并记录输出波形　　图三积分环节3惯性环节　　传递函数G(S)=K/(TS+1)。其中:K=R2/R1,T=R2×C①按图四所示接好线路②采样时间选1S，量程选6V　　放电　　UiR··C

5、··UoR2C③在输入端加上“负阶跃信号”，　　观察并记录输出的波形。　　　　　　4比例微分环节　　图四惯性环节传递函数G(S)=K(1+τS)。　　　　UiR1····Uo其中:K=R2/R1,τ=R1×C。　　UiR1①按图五所示接好线路；　　②采样时间选，量程选6V；③在输入端加上“负阶跃信号”，观察并记录输出的波形。　　　　···CR2·Uo　　图五比例微分环节　　3　　5比例积分环节　　传递函数G(S)=K(1+1/TS)。其中:K=R2/R1,T=R2×C。①按图六所示接好线路，并将电容的两端

6、并到“放电”的两端；　　②采样时间选，量程选12V；③在输入端加上“负阶跃信号”，观察并记录输出的波形；　　图六比例积分环节　　五、典型系统的实验内容　　采样时间为1s,量程为6v。　　放电UiR1····CR2CUo1一阶系统的性能研究　　积分环节经反馈构成的一阶系统①按图七所示接好线路；　　②负阶跃信号调成负3V左右，加到系统输UiRR··U入端，打开负阶跃信号，观察系统的输出波　　图七　　形并记录之；　　2二阶系统性能的研究　　⑴典型二阶系统　　　　①按图八所示接好线路(将R1电阻调到最大)，在输入

7、端加上负阶跃信号，观察系统的输出波形，记录波形；　　②分别调整参数R1，C1，C2的大小，分别记录波形，观察并定性的分析参数改变对输出波形的影响，记录系统阻尼比ξ、自然振荡角频率ωn和tr、ts及其他性能指标的变化情况。　　4　　R4　　　　UiR0R0········R2R3K11K2T2S+1UoR1C1C2Uo　　Ui　　T1S　　其中:K1=R1/R0,K2=R4/R3,T1=R2C1,T2=R4C2　　图八　　⑵比例—微分控制的二阶系统　　系统中加入比例微分环节能使系统阻尼比增加，减小超调，同时

8、，闭环零　　点将使系统的响应速度加快，调节时间和上升时间都有所减小。　　①按图九所示接好线路，先去掉C3，将R4电位器调到最大，在输入端加上负阶跃信号，记录输出波形；　　②并上电容C3，C3=μF观察比例微分对系统性能的影响，并记录输出波形。　　R2C2C3R4UiR0R0··········R1　　C1R3Uo　　5　　Ui1T1SK1T2S+1　　　　UoK2(1+τS)其中:K1=R2/R1,K2=R4/R3,T1=R0