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自动控制系统 实验指导书 中北大学 2002.7 目录 实验一、典型环节、二阶系统及其阶跃响应实验 实验二、系统频率特性的测量与PID校正 实验一 典型环节、二阶系统及其阶跃响应实验 一、实验目的与要求 1、学习设计构成典型环节、二阶系统的模拟电路，掌握典型环节、二阶系统的特性以及电路参数对特性的影响。 2、学习典型环节、二阶系统阶跃响应的测量方法，对比实验结果与理论分析。 二、实验装置 计算机一台，实验软件一套。 三、实验原理 设计构成下列典型环节的模拟电路，测量其阶跃响应 比例环节： 利用运算放大器、电阻、电容等元件设计一模拟电路，输入输出之间满足如下运动方程：C(t)=KR(t) 传递函数G(s)=K 惯性环节 利用运算放大器、电阻、电容等元件设计一模拟电路，输入输出之间满足如下运动方程： 传递函数G(s)=K/(Ts+1) 3、积分环节 利用运算放大器、电阻、电容等元件设计一模拟电路，输入输出之间满足如下运动方程： 传递函数G(s)=K/s 4、微分环节 利用运算放大器、电阻、电容等元件设计一模拟电路，输入输出之间满足如下运动方程： 传递函数G(s)=Ks 5、二阶系统 利用运算放大器、电阻、电容等元件设计一模拟电路，输入输出之间满足如下运动方程： 传递函数 四、实验报告 画出比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、二阶系统的模拟电路图，用坐标纸绘出各典型环节的阶跃响应曲线。 由响应曲线计算各环节的传递函数，并与电路计算结果相比较。 分析相对阻尼系数对二阶系统阶跃响应的影响。 实验二 系统频率特性的测量与PID校正 一、实验目的 1、加深了解系统及元件频率特性的物理意义。 2、掌握系统及元件频率特性的测量方法。 加深对PID控制原理与设计方法的理解。 二、实验内容 利用运算放大器、电阻、电容等元件设计一模拟电路，其数学模型可用如下框图描述。 求出其开环传递函数与闭环传递函数。 给定输入信号为U1(t)=Asin(ωt)，则输出信号U2(t)=Bsin(ωt+φ),计算B/ A与φ随ω的变化规律。 分别设计一PI，PD，PID校正模拟电路，串联在上述框图的前向通道的比较点之后。 三、实验装置 1、计算机一台，实验软件一套。 四、实验报告 画出模拟电路图，计算传递函数，画出BODE图。 把测量数据列表，根据此数据绘制BODE图。 分析测量误差。 分析PI，PD，PID校正模拟电路对系统频率特性的影响以及PI，PD，PID的参数对阶跃响应的影响，总结各校正装置的作用和其参数对系统性能所产生影响的规律。 10/s 1/(0.1s+1) 5 U1 U2