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1、第九章自动控制原理实验实验一典型环节的电模拟及其阶跃响应分析一、实验目的(1)熟悉典型环节的电模拟方法。⑵掌握参数变化对动态性能的影响。二、实验设备⑴CAE2000系统(主要使用模拟机，模/数转换，微机，打卬机等)。⑵数字万用表。三、实验内容1.比例环节的模拟及其阶跃响应微分方程c(0=-Kr(t)传递函数G(s)=^=-K负号表示比例器的反相作用。模拟机排题图如图9-1所示，分别求取K=l,K=2时的阶跃响应曲线，并打印曲线。图51比例环节排题图2.积分环节的模拟及其阶跃响应微分方程T^=r(r)dt传递函数6(5)=丄=空Tss模拟机排题图如图9-
2、2所示，分别求取K=l,K=0.5吋的阶跃响应曲线，并打卬曲线3.—阶惯性环节的模拟及其阶跃响应图9-3一阶环节排题图微分方程T虫®+c⑴=Kr{t)dt传递函数G(S)=-^~TS+模拟机排题图如图3所示，分别求取K=l,T=l;K=l,T=2;K=2,T=2时的阶跃响应曲线,并打印曲线。4.二阶系统的模拟及其阶跃响应微分方程T2理。+2纹虫®+c⑴=r（t）dt2dt[X）2传递函数G（s）=…=-―乞——7凡2+2尹+1“+2他s+e；画出二阶环节模拟机排题图，并分别求取打印：（1）T=l,Q0.1、0.5、1吋的阶跃响应曲线。（2）7=2,弊
3、0.5时的阶跃响应曲线。四.实验步骤（1）接通电源，用万用表将输入阶跃信号调整为2Vo（2）调整相应系数器；按排题图接线，不用的放大器切勿断开反馈回路（接线时,阶跃开关处于关断状态）；将输出信号接至数/模转换通道。（3）检查接线无误后，开启微机、打印机电源；进入CAE2000软件，组态A/D,运行实时仿真；开启阶跃输入信号开关，显示、打印曲线。五.实验预习（1）一、二阶系统的瞬态响应分析；模拟机的原理及使用方法（见本章附录）。（2）写出预习报告；画岀二阶系统的模拟机排题图；在理论上估计各响应曲线。六.实验报告（1）将每个环节的实验1111线分别整理在一
4、个坐标系上，曲线起点在坐标原点上。分析各参数变化对其阶跃响应的影响，与估计的理论曲线进行比较，不符请分析原因。（2）由二阶环节的实验曲线求得◎%、心、°,与理论值进行比较，并分析＜7%、ts、f”等和7&的关系。实验二随动系统的开环控制、闭环控制及稳定性一.实验目的了解开环控制系统、闭环控制系统的实际结构及工作状态；控制系统稳定的概念以及系统开环比例系数与系统稳定性的关系。实验要求能按实验内容正确连接实验线路，正确使用实验所用测试仪器，在教师指导下独立完成实验，并能对实验结果进行分析。三.实验设备（1）XSJ-3（或XSJ-2）型小功率直流随动系统学
5、习机。（2）宜流稳压电源（用于XSJ-3型）。（3）超低频长余辉示波器。（4）数字万用表。三.实验内容及步骤1.开环控制系统实验（1）用螺丝刀将直流电机轴与反馈电位器连接轴螺丝拧松，使直流电机轴与反馈电位器脱开（开环时保护反馈电位器）。（2）将给定电位器，运放I,运放1【，功放，直流电机联接成开环状态（给定电位器旋至0）,其原则性方框图如图9・4（接线时可参考图9・8）。给定电位器一-运放丨一-运放II一-功放一-直流电机图9・4开环控制系统原则性方框图（3）旋转给定电位器，使其滑愕转角大小、方向不同（即输入电压大小、极性不同）时，观察电机恒定转速与方
6、向。将速度变化趋势填入表9・1。（4）改变运放II放大倍数，重复上述过程。2.闭环控制系统实验（1）将在流电机轴与反馈电位器联接好（用螺丝刀拧紧连接轴螺丝）。同时给定电位器置0。（2）将给定电位器，运放I,运放II,功放，直流电机，反馈电位器联接成开环状态，其原则性方框图如图9-5。图9-5判断反懺极性原则性方框图（3）判断反馈极性：按照给定电位器顺时针方向时电机的转向，用手转动电机轴，使反馈电位器转过一个角度，用万用表测量反馈电位器输出电压，若是电压下降或负相增加则反馈极性为负，否则为正（如果是正反馈，须改成负反馈，请同学白己解决）。（4）将系统连接
7、成负反馈闭环状态。（5）将给定电位器滑臂由零转过三个不同的角度（可分为30°、60°、90°）,分别读出反馈电位器由起始位置变化的介度。改变给定电位器转向，璽复上述过程。将结果填入表9-2。（6）改变运放II比例系数（共分为小、中、大），重复实验步骤⑷。3.系统开环比例系数与稳定性的关系（1）将系统保持闭环控制系统实验吋状态，同时将反馈电位器输出电压接到示波器输入端（反馈电压可表示直流电机转角，即输出转角）。（2）将给定电位器置0（或者断开）。取运放II比例系数为三个不同数值（三个不同数值的选取以出现三种明显不同的过渡特性为准，即指数曲线，衰减振荡，激
8、烈衰减振荡），加入阶跃输入信号，用示波器观察输出波形，并将波形填入表9-3。三.实验预习（1）
