《典型環(huán)節(jié)的模擬研究 實驗報告材料》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《典型環(huán)節(jié)的模擬研究 實驗報告材料（19頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、word第三章 自動控制原理實驗3.1 線性系統(tǒng)的時域分析一. 實驗目的1 了解和掌握各典型環(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方法、傳遞函數(shù)表達式與輸出時域函數(shù)表達式2 觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應曲線，了解各項電路參數(shù)對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響二典型環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù)方 框 圖傳遞函數(shù)比例P積分I比例積分PI比例微分PD慣性環(huán)節(jié)T比例積分微分PID 三實驗內(nèi)容與步驟觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應曲線，了解各項電路參數(shù)對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響.。改變被測環(huán)節(jié)的各項電路參數(shù)，畫出模擬電路圖，階躍響應曲線，觀測結(jié)果，填入實驗報告運行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究
2、中的相應實驗項目，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始即可使用本實驗機配套的虛擬示波器B3單元的CH1測孔測量波形。具體用法參見用戶手冊中的示波器局部。1)觀察比例環(huán)節(jié)的階躍響應曲線典型比例環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-1所示。圖3-1-1 典型比例環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)： ； 單位階躍響應： 實驗步驟：注：S ST用短路套短接！1將函數(shù)發(fā)生器B5所產(chǎn)生的周期性矩形波信號OUT，作為系統(tǒng)的信號輸入Ui；該信號為零輸出時，將自動對模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇D1單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波矩形波指示燈亮。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設定電位器1，使之矩形波寬度1秒D1單元左顯示。 調(diào)節(jié)B5單
3、元的“矩形波調(diào)幅電位器使矩形波輸出電壓= 4VD1單元右顯示。2構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-1安置短路套與測孔聯(lián)線，表如下。a安置短路套 b測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A5S4，S122B5S-ST1信號輸入UiB5OUTA5H12示波器聯(lián)接1檔A6OUTB3CH13B5OUTB3CH23運行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點擊開始，按下信號發(fā)生器B1階躍信號按鈕0+4V階躍，觀測A5B輸出端Uo的實際響應曲線Uot見圖3-1-2。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。圖3-1-2 比例環(huán)節(jié)階躍響應曲線圖 圖3-1-3 慣性環(huán)節(jié)階躍響應曲線實驗報告要求：按下表改變圖3-1-1所示的被測系統(tǒng)比例系數(shù)
4、，觀測結(jié)果，填入實驗報告。R0R1輸入Ui比例系數(shù)K計算值測量值200K100K4V200K4V150K100K2V2200K1V4R0=200K , R1=100K ,Ui=4vR0=200K , R1=200K ,Ui=4vR0=50K , R1=100K ,Ui=2vR0=50K , R1=200K ,Ui=1v2)觀察慣性環(huán)節(jié)的階躍響應曲線典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-4所示。圖3-1-4 典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)：單位階躍響應：實驗步驟：注：S ST用短路套短接！1將函數(shù)發(fā)生器B5所產(chǎn)生的周期性矩形波信號OUT，作為系統(tǒng)的信號輸入Ui；該信號為零輸出時，將自動對模擬電路鎖零。
5、在顯示與功能選擇D1單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波矩形波指示燈亮。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設定電位器1，使之矩形波寬度1秒D1單元左顯示。 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅電位器使矩形波輸出電壓= 4VD1單元右顯示。2構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-4安置短路套與測孔聯(lián)線，表如下。1信號輸入UiB5OUTA5H12示波器聯(lián)接1檔A5BOUTBB3CH13B5OUTB3CH2a安置短路套 b測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A5S4，S6，S102B5S-ST3運行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點擊開始，按下信號發(fā)生器B1階躍信號按鈕時0+4V階躍，等待完整波形出來后，移動虛擬示波器橫游標到輸出
6、穩(wěn)態(tài)值0.632處，得到與輸出曲線的交點，再移動虛擬示波器兩根縱游標，從階躍開始到輸出曲線的交點，量得慣性環(huán)節(jié)模擬電路時間常數(shù)T。A5B輸出端響應曲線Uo(t見圖3-1-3。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。實驗報告要求：按下表改變圖3-1-4所示的被測系統(tǒng)時間常數(shù)與比例系數(shù)，觀測結(jié)果，填入實驗報告。R0R1C輸入Ui比例系數(shù)K慣性常數(shù)T計算值測量值計算值測量值200K200K1u4V12u150K100K1u2V2200K1V4 R0=200K , R1=200K ,Ui=4v, C=1u R0=200K , R1=200K ,Ui=4v, C=2u R0=50K , R1=100K ,Ui
7、=2v, C=1u R0=50K , R1=200K ,Ui=1v, C=1u3)觀察積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線典型積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-5所示。圖3-1-5 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)： 單位階躍響應：實驗步驟：注：S ST用短路套短接！1為了防止積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器B5所產(chǎn)生的周期性矩形波信號OUT，代替信號發(fā)生器B1中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號輸入Ui；該信號為零輸出時，將自動對模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇D1單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波矩形波指示燈亮。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設定電位器1，使之矩形波寬度1秒D1單元左顯示。 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅電位器使矩
8、形波輸出電壓= 1VD1單元右顯示。2構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-5安置短路套與測孔聯(lián)線，表如下。a安置短路套 b測孔聯(lián)線1信號輸入UiB5OUTA5H12示波器聯(lián)接1檔A5BOUTBB3CH13B5OUTB3CH2模塊號跨接座號1A5S4，S102B5S-ST3運行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點擊開始，等待完整波形出來后，點擊停止，移動虛擬示波器橫游標到0V處，再移動另一根橫游標到V=1V與輸入相等處，得到與輸出曲線的交點，再移動虛擬示波器兩根縱游標，從階躍開始到輸出曲線的交點，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時間常數(shù)Ti。A5B 輸出響應曲線Uo(t)見圖3-1-6。示波器的截圖詳見虛擬示波器
9、的使用。圖3-1-6 積分環(huán)節(jié)響應曲線 圖3-1-7 比例積分環(huán)節(jié)響應曲線實驗報告要求：按下表改變圖3-1-5所示的被測系統(tǒng)時間常數(shù)，觀測結(jié)果，填入實驗報告。R0C輸入Ui積分常數(shù)Ti計算值測量值200K1u1V2u100K1u2uR0=200K, C=1u, Ui=1vR0=200K, C=2u, Ui=1vR0=100K, C=1u, Ui=1vR0=100K, C=2u, Ui=1v4)觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-8所示.。圖3-1-8 典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)：單位階躍響應：實驗步驟：注：S ST用短路套短接！1將函數(shù)發(fā)生器B5所產(chǎn)生的周期
10、性矩形波信號OUT，作為系統(tǒng)的信號輸入Ui；該信號為零輸出時將自動對模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇D1單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波矩形波指示燈亮。量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設定電位器1，使之矩形波寬度1秒D1單元左顯示。注：為了使在積分電容上積分的電荷充分放掉，鎖零時間應足夠大，即矩形波的零輸出寬度時間足夠長！ “量程選擇開關(guān)置于下檔時，其零輸出寬度恒保持為2秒！ 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅電位器使矩形波輸出電壓 = 1VD1單元右顯示。2構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-8安置短路套與測孔聯(lián)線，表如下。a安置短路套 b測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A5S4，S82B5S-ST1信號輸入UiB5
11、OUTA5H12示波器聯(lián)接1檔A5BOUTBB3CH13B5OUTB3CH23運行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點擊開始，等待完整波形出來后，點擊停止。移動虛擬示波器橫游標到輸入電壓比例系數(shù)K處，再移動另一根橫游標到輸入電壓比例系數(shù)K2處，得到與積分曲線的兩個交點。再分別移動示波器兩根縱游標到積分曲線的兩個交點，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時間常數(shù)Ti。典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路A5B輸出響應曲線Uo(t)見圖3-1-7 。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。實驗報告要求：按下表改變圖3-1-8所示的被測系統(tǒng)時間常數(shù)與比例系數(shù)，觀測結(jié)果，填入實驗報告。R0R1C輸入Ui比例系數(shù)K積分常數(shù)Ti計算值
12、測量值計算值測量值200K200K1u1V12u1100K1u22u2R0=200K, R1=200K C=1u, Ui=1vR0=200K, R1=200K C=2u, Ui=1vR0=100K, R1=200K C=1u, Ui=1vR0=100K, R1=200K C=2u, Ui=1v5)觀察比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線為了便于觀察比例微分的階躍響應曲線，本實驗增加了一個小慣性環(huán)節(jié)，其模擬電路如圖3-1-9所示。圖3-1-9 典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路比例微分環(huán)節(jié)+慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：微分時間常數(shù)： 慣性時間常數(shù)： 單位階躍響應：實驗步驟：注：S ST用短路套短接!1將函數(shù)發(fā)生器B5單元的
13、矩形波輸出作為系統(tǒng)輸入R。連續(xù)的正輸出寬度足夠大的階躍信號) 在顯示與功能選擇D1單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波矩形波指示燈亮。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設定電位器1，使之矩形波寬度1秒左右D1單元左顯示。 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅電位器使矩形波輸出電壓 = 0.5VD1單元右顯示。2構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-9安置短路套與測孔聯(lián)線，表如下。a安置短路套 b測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A4S4，S92A6S2，S63B5S-ST1信號輸入(Ui)B5OUTA4H12運放級聯(lián)A4OUTA6H13示波器聯(lián)接1檔A6OUTB3CH14B5OUTB3CH23運行、觀察、記錄：虛擬示波器的時間量
14、程選4檔。 打開虛擬示波器的界面，點擊開始，用示波器觀測系統(tǒng)的A6輸出端Uo，響應曲線見圖3-1-10。等待完整波形出來后，把最高端電壓4.77V減去穩(wěn)態(tài)輸出電壓0.5V，然后乘以0.632，得到V=2.7V。 移動虛擬示波器兩根橫游標，從最高端開始到V=2.7V處為止，得到與微分的指數(shù)曲線的交點，再移動虛擬示波器兩根縱游標，從階躍開始到曲線的交點，量得=t=0.048S。 KD=10，如此圖3-1-9的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時間常數(shù)：圖3-1-10 比例微分環(huán)節(jié)模擬電路響應曲線6)觀察PID比例積分微分環(huán)節(jié)的響應曲線PID比例積分微分環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-11所示。圖3-1-11 PID
15、比例積分微分環(huán)節(jié)模擬電路典型比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：慣性時間常數(shù)： 單位階躍響應： 實驗步驟：注：S ST用短路套短接！1為了防止積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器B5所產(chǎn)生的周期性矩形波信號OUT，代替信號發(fā)生器B1中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號輸入Ui；該信號為零輸出時將自動對模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇D1單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波矩形波指示燈亮。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設定電位器1，使之矩形波寬度0.4秒左右D1單元左顯示。 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅電位器使矩形波輸出電壓= 0.3VD1單元右顯示。2構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-11安置短路套與測孔聯(lián)線，表如下。a安置短路套 b
16、測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A2S4，S82B5S-ST1信號輸入UiB5OUTA2H12示波器聯(lián)接1檔A2BOUTBB3CH13B5OUTB3CH23運行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點擊開始，用示波器觀測A2B輸出端Uo。 等待完整波形出來后，點擊停止，移動虛擬示波器兩根橫游標使之V=Kp輸入電壓，得到與積分的曲線的兩個交點。 再分別移動示波器兩根縱游標到積分的曲線的兩個交點，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時間常數(shù)Ti，見圖3-1-12a。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。 將A2單元的S9短路套套上，點擊開始，用示波器觀測系統(tǒng)的A2B輸出端Uo，響應曲線見圖3-1-12b。等待完整波形出來后，點擊停止，把最高端電壓3.59V減去穩(wěn)態(tài)輸出電壓0.6V=Kp*Ui，然后乘以0.632，得到V=1.88V。 KD=6，如此圖3-1-11的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時間常數(shù)：。圖3-1-12a 比例積分微分環(huán)節(jié)響應曲線 圖3-1-12b 比例微分環(huán)節(jié)響應曲線19 / 19
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