“自动控制原理”实验指导书.docVIP

PAGE  PAGE 34 《自动控制原理》实验指导书 梅雪 罗益民 袁启昌 许必熙 南京工业大学自动化学院  目 录 实验一 典型环节的模拟研究1 实验二 典型系统时域响应和稳定性10 实验三 应用MATLAB进行控制系统根轨迹分析15 实验四 应用MATLAB进行控制系统频域分析17 实验五 控制系统校正装置设计与仿真19 实验六 线性系统校正22 实验七 线性系统的频率响应分析26 附录：TDN—ACP自动控制原理教学实验箱简介31实验一 典型环节的模拟研究 一． 实验目的 1．熟悉并掌握TD-ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。 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。对比差异、分析原因。 3．了解参数变化???典型环节动态特性的影响。 二．实验内容 下面列出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) A方框图：如图1.1-1所示。 图1.1-1 B传递函数： C阶跃响应： 其中 D 模拟电路图：如图1.1-2所示。 图1.1-2 注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K的电阻，实验中不需要再接。以后的实验中用到的运放也如此。 E 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K；R1 = 100K。 ② 取R0 = 200K；R1 = 200K。 2．积分环节 (I) A．方框图：如右图1.1-3所示。 图1.1-3 B．传递函数： C．阶跃响应： 其中 D．模拟电路图：如图1.1-4所示。 图1.1-4 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K；C = 1uF。 ② 取R0 = 200K；C = 2uF。 3．比例积分环节 (PI) (1) 方框图：如图1.1-5所示。 图1.1-5 (2) 传递函数： (3) 阶跃响应： 其中； (4) 模拟电路图：如图1.1-6所示。  图1.1-6 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = R1 = 200K；C = 1uF。 ② 取R0=R1=200K；C=2uF。 4．惯性环节 (T) (1) 方框图：如图1.1-7所示。 图1.1-7 (2) 传递函数：。 (3) 模拟电路图：如图1.1-8所示。 图1.1-8 (4) 阶跃响应：，其中； (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0=R1=200K；C=1uF。 ② 取R0=R1=200K；C=2uF。 5．比例微分环节 (PD) (1) 方框图：如图1.1-9所示。  图1.1-9 (2) 传递函数： (3) 阶跃响应：。 其中，，为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。 (4) 模拟电路图：如图1.1-10所示。 图1.1-10 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = R2 = 100K，R3 = 10K，C = 1uF；R1 = 100K。 ② 取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。 6．比例积分微分环节 (PID) (1) 方框图：如图1.1-11所示。 图1.1-11 (2) 传递函数： (3) 阶跃响应：。 其中为单位脉冲函数，；； (4) 模拟电路图：如图1.1-12所示。 图1.1-12 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 100K。 ② 取R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 200K。 三、 实验设备及仪器 1．PC机一台； 2．TD-ACC+实验系统一套； 3．万用表。 四. 注意事项 连接通信线时，应首先关闭电源。在使用中如果出现不能通讯的情况。请先按实验仪上的复位键，使系统复位，按键盘上的“ESC”键，观察通讯是否正常，如果仍然不能通讯，请重新启动计算机，再次连接。 在使用中如果出现不能通讯的情况。请先按实验仪上的复位键，使系统复位，按键盘上的“ESC”键，观察通讯是否正常，如果仍然不能通讯，请重新启动计算机，再次连接。 连接导线在插拔时，应抓住连接端头，不能拔导线。 五. 实验方法及步骤 按1.1.3节中所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电 源。 将信号源单元的“ST”端插针与