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自动控制原理实验报告(二 时间：2013年6月 日 地点： 实验人（签名）： 同组人： 实验结果确认及设备验收（签名）： 2013年6月 日 1 实验名称： 比例微分环节 二阶系统瞬态响应和稳定性 了解相似性原理的基本概念 掌握用运算放大器构成各种常用的典型环节的方法 掌握各类典型环节的输入和输出时域关系及相应传递函数的表达形式 熟悉各典型环节的参数（K、T） 学会时域法测量典型环节参数的方法学习瞬态性能指标的测试技能 了解参数对系统瞬态性能及稳定性的影响 3 实验内容： 用运算放大器构成比例微分环节在阶跃输入信号作用下，记录各环节的输出波形，写出输入输出之间的时域数学关系 在运算放大器上实现各环节的参数变化典型二阶系统原理观测不同参数下二阶系统的阶跃响应并测出性能指标：超调量，峰值时间，调节时间为了便于观察比例微分的阶跃响应曲线，本实验增加了一个小惯性环节，其模拟电路如图-1-5所示。 图-1-5 典型比例微分环节模拟电路 比例微分环节+惯性环节的传递函数 微分时间常数： 惯性时间常数： 单位阶跃响应： 二阶系统瞬态响应和稳定性 二阶闭环系统模拟电路如图-1-7所示，它由积分环节（A2单元）和惯性环节（A3单元）的构成，其积分时间常数Ti=R1*C1=1秒，惯性时间常数 T=R2*C2=0.1秒。 图-1-7 Ⅰ型二阶闭环系统模拟电路 该电路的开环传递函数为： 该电路的闭环传递函数为： 根据原理图构造实验电路 测量输入和输出波形图。 将所测得的数据填入实验数据表中 实验完后截图保存，采用多组数据观察计算。 关闭电源，整理仪器，老师检查合格后方可离开。 4.1 实验操作 比例微分环节 （1）构造模拟电路：按图-1-5安置短路套及插孔连线，表如下。 （a）安置短路套 （b）插孔连线 1 信号输入（Ui） B1（OUT1）→A4（H1） 2 运放级联 A4（OUT）→A8（H1） 3 示波器联接 A8（OUT）→B2（CH2） 模块号 跨接座号 1 A4 S4，S6，S7 运行、观察、记录： 选择线性系统时域分析／典型环节／比例微分环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。 实验停止后： 用示波器量得输出端（Uo）的最高端电压为1.1V，减去稳态输出电压（0.5V），然后乘以0.632，得到ΔV=1.64V。 移动虚拟示波器两根横游标，从最高端开始到ΔV=1.64V处为止，得到与微分的指数曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得τ=Δt=0.01S。 已知KD=6，则图-1-5的比例微分环节模拟电路微分时间常数： 注：由于本实验机尽管A／D转换速度很高，但受到串口通讯速度的限制，不能完全地显示比例微分环节的输出，因此，建议用Tek示波器观察。 二阶系统瞬态响应和稳定性 构造模拟电路：按图-1-7安置短路套及插孔连线，表如下。 （a）安置短路套 （b）插孔连线 模块号 跨接座号 1 A1 S4，S8 2 A2 S5，S11，S12 3 A3 S8，S11 1 信号输入 B1（OUT1）→A1（H1） 2 运放级联 A1（OUT）→A2（H1） 3 负反馈 A3（OUT）→A1（H2） 4 运放级联 A3（OUT）→A10（H1） 5 6 跨接4K、40K、70K 元件库A11中直读式可变电阻跨接到A2（OUT）和A3（IN）之间 7 示波器联接 A10（OUT）→B2（CH2） CH4由用户自行决定接否. 运行、观察、记录： 分别将（A11）中的直读式可变电阻分别调整为4K、40K、70K，选择线性系统时域分析／二阶系统瞬态响应和稳定性实验，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。 实验停止后，用示波器观察在三种增益K下，A10输出端C(t)的系统阶跃响应。观察图-1-7的阻尼比ξ对该系统的过渡过程的影响。改变A3单中输入电阻R来调整系统的开环增益K，从而改变系统的结构参数。 4.2 实验现象 （1）打开试验箱电源之前，启动软件界面，出现“通讯失败”提示，表示PC与试验箱连接不成功，此时打开试验箱电源，提示消失，表示PC与试验箱连接正常，试验可以正常进行； （2）连接好线路之后，启动软件，打开试验箱电源，点击“开始”，开始试验后，虚拟示波器界面相应通道出现波形响应； （3）比例微分环节在阶跃输入下的波形响应在阶跃起始作用点有一个大的脉冲，之后逐渐过渡到