自动控制原理-实验指导

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1、实验一典型环节的时域响应一、实验目的1.掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握TD-ACC设备的使用方法。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。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系列教学实验系统一套。三、实验原理及内容下而列出了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：图IT(2)传递函数:Uo(S)Ui(S)⑶阶跃响应：Uo(t)二K(t>0)其中K=Ri/R0⑷模拟电路图:比例环节反相器图1一2(5)理想与实际阶跃响应对照曲线①取RO=20

2、0K；R1=lOOKo理想阶跃响应曲线Uo实测阶跃响应曲线Uo个Ui(t)Ui(t)传递函数:Uo(S)Ui(S)TS阶跃响应:U°(t)计(t>0)其中T=R0C0t0>t②取RO=200K；R1=200Ko理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线Uou（）［1Ui(t)1Ui(t)Uo(t)Uo(t)0t0t2.积分环节（I）（1）方框图：Ui(S)1Uo(S)TSUo(t)Uo(t)1/21/2图1—3模拟电路图:反相器积分环节Uoo输出测量端R0二200K；C=luF或2uF图1一4(5)理想与实际阶跃响应曲线对照①収RO=200K；C=luFo理想阶跃响应曲线实测

3、阶跃响应曲线②取RO=200K；C=2uFo理想阶跃响应曲线I实测阶跃响应曲线UotUi(t)/mIF10V0.4s3.(1)比例积分环节方框图：(PI)图1一5传递函数:UMS)’1Ui(S)TSug+令模拟电路图：见图1.1一6阶跃响应:(t20)其屮K二R

4、/Ro；T=R0C比例积分环节反相器(5)理想与实际阶跃响应曲线对照①取R0二R1二200K；C=luFo理想阶跃响应曲线Uo2100-2st实测阶跃响应曲线L621Z———10V/Ui(t)00•2st①1RRO=R1=2OOK；C=2uFo理想阶跃响应曲线Uofuo(t)——10V21//丄Ui(t)0

5、0.4st实测阶跃响应曲线4・惯性环节(T)(1)方框图:(2)传递函数:Uo(S)_KUi(S)一TS+1Ui(S)KUo(S)TS+1图1一7(3)模拟电路图：见图L1—8惯性环节⑷阶跃响应：U°(XK(】J),其中K嚼T=RQ实测阶跃响应曲线②取R0=Rl=200K；C=2uFo理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线(5)理想与实际阶跃响应曲线对照①取R0二R1二200K；C=luFo理想阶跃响应曲线5.比例微分环节(PD)(1)方框图：见图1.1一9Uo(S)图1—9⑵传递函数：牆=K(1+T9⑶阶跃响应：Uo(t)=KT6(t)+K。RRRR其中K=——，T=—

6、C,§(t)为单位脉冲函数，这是一个面积为t的脉R°Rj+R2冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。(3)模拟电路图：比例微分环节R0二R2=100K；R3二10K；C=luFRl=100K或200K图1一10(4)理想与实际阶跃响应曲线对照①取R0=R2=100K,R3=10K,C=luF；R1=lOOKo理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线UoUo,2Uo(t)2Uo(t)1Ui(t)1Ui(t)0t0t②取R0=R2=100K,R3=10K,C=luF；Rl=200K-理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线UoUo'3Uo(t)3Vu。(t)1Ui(t

7、)1Ui(t)0t0t6.比例积分微分环节(PID)⑴方框图(2)传递函数:Uo(S)Ui(S)图1一11(3)阶跃响应：Uo(t)=T3(t)+Kp+-!-t。其中&t)为单位脉冲函数,(4)模拟电路图:比例积分微分环节R2二R3=10K；R0=100K；Cl二C2=luFR1=1OOK或200K图1-12(5)理想与实际阶跃响应曲线对照①取R2二R3=10K,R0=100K,Cl=C2=luF；R1=lOOKo理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线Uot丛hovUi(t)@1{XR2=R3=10K,R0=100K,Cl=C2=luF；R1=200Ko实测阶跃响应曲线理

8、想阶跃响应曲线UoUo(t)10VUi(t)>t四、实验步骤1.观察比例、积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线(1)实验接线①准备：将信号源单元的“ST”端（插针）与“+5V”端（插针）用“短路块”短接，使模拟电路屮的场效应管夹断（每个运放单元均设置了锁零场效应管），这时运放处于无锁零控制的工作状态。②阶跃信号的产生电路可采用图1T3,具体接法:将“H1”与“+5V”插针用“短路块”短接，“H2”插针用排线接至“X”插针，“X”端原有的“短路块”应拔掉，再将“Z”插针和“GND”插针用“短路块”短接，最后信号由大插孔“Y”端输出。实验川按动按钮即可产生阶跃信号