自动控制原理实验指导书

《自动控制原理实验指导书》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、自动控制原理实验指导书罗雪莲编著24目录实验一典型环节的模拟研究2实验二典型系统瞬态响应和稳定性6实验三控制系统的频率特性10实验四线性连续系统校正13实验五采样系统分析16实验六典型非线性环节20附:实验系统介绍2424实验一典型环节模拟研究本实验为验证性实验。一、实验目的1、学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性影响。2、熟悉各种典型环节的阶跃响应。3、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。二、实验设备PC机一台，TDN-AC系列教学实验系统。三．实验原理及电路下面列出了各典型环节的方框图、传递函数

2、、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。1、各环节的方块图及传递典型环节名称方块图`传递函数比例（P）KUi(s)Uo(s)Uo(s)Ui(s)K积分（I）Uo(s)Ui(s)TS1Uo(s)1Ui(s)TS比例积分（PI）Uo(s)KUi(s)TS1Uo(s)TS1Ui(s)K24比例微分（PD）Ui(s)1TSUo(s)1K（TS+1）Uo(s)Ui(s)惯性环节（T）Ui(s)Uo(s)TS+1KKTS+1Uo(s)Ui(s)比例积分微分（PID）KPTiS1Ui(s)Uo(s)TdS2、各典型环节的模拟电路图及输出响应各典型环节名称模拟电路图

3、输出响应比例（P）U0(t)=K(t≥0)其中K=R1/R0积分（I）U0(t)=(t≥0)其中T=R0C24比例积分（PI）U0(t)=(t≥0)其中K=R1/R0，T=R1C比例微分（PD）U0(t)=KTδ(t)+K其中δ(t)为单位脉冲函数惯性环节（T）U0(t)=K(1-e-t/T)其中K=R1/R0，T=R1C比例积分微分（PID）其中δ(t)为单位脉冲函数Kp=R1/R0;Ti=R0C1Td=R1R2C2/R0四、实验内容及步骤1、观测比例、积分、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：使运放处于工作状态。将信号

4、源单元（U1SG）的ST端（插针）与+5V端（插针）用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态②阶跃信号的产生；电路可采用图1-1所示电路，它由“单脉冲单元”（U13SP）及“电位器单元”（U14P）组成。具体线路形成：在U13SP单元中，将H1与+5V插针用“短路块”短接，H224插针用排线接至U14P单元的X插针；在U14P单元中，将Z插针和GND插针用“短路块”短接，最后由插座的Y端输出信号。以后实现再用到阶跃信号时，方法同上，不再累赘。（2）实验操作①.按2中的各典型环节的模拟电路图将线接好（先按比例）。（P

5、ID先不接）②.将模拟电路输入端（Ui）与阶跃信号的输出端Y相联接；模拟电路的输出端（U0）接至示波器。③.按下按钮（或松平按扭）H时，用示波器观测输出端U0(t)的实际响应曲线，且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果。④.同理得出积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线见表1-1。2、观察PID环节的响应曲线。①.此时Ui采用U1SG单元的周期性方波信号（U1单元的ST的插针改为与S插针用“短路块”短接，S11波段开关置与“阶跃信号”档，“OUT”端的输出电压即为阶跃信号电压，信号周期由波段开关S12与电位器W

6、11调节，信号幅值由电位器W12调节。以信号幅值小、信号周期较长比较适宜）。②.参照2中的PID模拟电路图，将PID环节搭接好。③.将中产生的周期性方波加到PID环节的输入端（Ui），用示波器观测PID的输出端（U0），改变电路参数，重新观察并记录。24实验二典型系统瞬态响应和稳定性本实验为验证性实验。一、实验目的1、熟悉有关二阶系统的特性和模拟仿真方法。2、研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn对过渡过程的影响。3、研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。4、熟悉劳斯判据，用劳斯判据对三阶系统进行稳定性分析。二、实验设备P

7、C机一台，TDN-AC系列教学实验系统。三．实验原理及电路1、典型二阶系统①典型二阶系统的方块图及传递函数图2-1是典型二阶系统原理方块图，其中T0=1s，T1=0.1s，K1分别为10、5、2、1。开环函数：开环增益：K=K1/T0=K1闭环函数：其中，②模拟电路图：见图2-224图2-22．典型三阶系统①典型三阶系统的方块图：见图2-3图2-3开环传递函数为：其中，K=K1K2/T0(开环增益)②模拟电路图：见图2-424图2-4开环传递函数为：（其中K=500/R）系统的特征方程为1+G(S)H(S)=0即S3+12S2+20S+20K=0由Ro

8、uth判据得：041.7KΩ系统稳定K=12，即R=41.7KΩ系统临界稳定