自控实验指导书(2014.5).docVIP

实验一：控制系统典型环节的模拟研究 一. 实验要求 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响 二．典型环节的方块图及传递函数 典型环节名称 方 块 图 传递函数 比例 （P） 积分 （I） 比例积分 （PI） 比例微分 （PD） 惯性环节 （T） 比例积分微分（PID） 三．实验内容及步骤 1．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K、200K来改变比例参数。 图3-1-1 典型比例环节模拟电路 典型比例环节的传递函数： 单位阶跃响应： 实验步骤： 注：‘S ST’不能用“短路套”短接！ （1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入（Ui） （2）安置短路套、联线，构造模拟电路： （a）安置短路套 （b）测孔联线 模块号 跨接座号 1 A1 当电阻R1=100K时 当电阻R1=200K时 S4，S7 S4，S8 2 A6 S2，S6 1 信号输入（Ui） B1（0/+5VA1（H1） 2 运放级联 A1（OUT→A6（H1） （3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（Uo）。 注：CH1选‘×1’档。时间量程选‘×4’档。 （4）运行、观察、记录： 按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。改变比例参数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果。 2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线 典型惯性环节模拟电路如图3-1-2所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电容C =1uf、2uf来改变时间常数。 图3-1-2 典型惯性环节模拟电路 典型惯性环节的传递函数： 单位阶跃响应： 实验步骤： 注：‘S ST’不能用“短路套”短接！ （1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入（Ui） （2）安置短路套、联线，构造模拟电路： （3）运行、观察、记录： 按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。改变时间常数（改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C），重新观测结果。 3)．观察积分环节的阶跃响应曲线 典型积分环节模拟电路如图3-1-3所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电容C=1uf、2uf来改变时间常数。 图3-1-3 典型积分环节模拟电路 典型积分环节的传递函数： 单位阶跃响应： 实验步骤：注：‘S ST’用短路套短接！ （1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入（Ui）： a．将S1拨动开关置于最上档（阶跃信号）。 b．信号周期由拨动开关S2和“调宽”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节， 以信号幅值小，信号周期较长比较适宜（周期在0.5S左右，幅度在2.5V左右）。 （2）安置短路套、联线，构造模拟电路： （3）运行、观察、记录： 用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。改变时间常数（改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C），重新观测结果。 4)．观察比例积分环节的阶跃响应曲线 典型比例积分环节模拟电路如图3-1-4所示.。该环节在A5单元中分别选取反馈电容C=1uf、2uf来改变时间常数。 图3-1-4 典型比例积分环节模拟电路 典型比例积分环节的传递函数： 单位阶跃响应： 实验步骤：注：‘S ST’用短路套短接！ （1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入（Ui）： a．将S1拨动开关置于最上档（阶跃信号）。 b．信号周期由拨动开关S2和“调宽”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节， 以信号幅值小，信号周期较长比较适宜（正输出宽度在0.5S左右，幅度在1V左右） （2）安置短路套、联线，构造模拟电路： （3）运行、观察、记录： 用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线U0（t），且将结果记下。改变时间常数（改变运算模拟单元A5的反馈反馈电容C