《自动控制原理》实验指导书(1203-04).docVIP

《自动控制原理》实验指导书 梅雪 许必熙 陈凤馨 南京工业大学自动化学院 2008年4月  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 附录：TDN—ACP自动控制原理教学实验箱简介----------22实验一 典型环节的模拟研究 一． 实验目的 1．掌握TDACP+设备的使用方法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。 3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 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) 方框图1.1-1所示。 图1.11 B传递函数：阶跃响应： 其中 模拟电路图1.1-2所示。 图1.12 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 理与实际阶跃响应对照曲线 取R0 = 200K；R1 = 100K。 ② 取R0 = 200K；R1 = 200K。2．积分环节 (I) 方框图1.1-3所示。 图1.13 B．传递函数： 阶跃响应： 其中 模拟电路图1.1-4所示。 图1.14 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 取R0 = 200K；C = 1uF。 ② 取R0 = 200K；C = 2uF。 3．比例积分环节 (PI) (1) 方框图：1.1-5所示。 图1.15 (2) 传递函数： (3) 阶跃响应： 其中； (4) 模拟电路图：1.1-6所示。  图1.16 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 取R0 = R1 = 200K；C = 1uF。 ② 取R0=R1=200K；C=2uF。 4．惯性环节 (T) (1) 方框图：1.1-7所示。 图1.17 (2) 传递函数：。 (3) 模拟电路图：1.1-8所示。 图1.18 (4) 阶跃响应：，其中； (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 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：1.1-9所示。  图1.19 (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：1.1-10所示。 图1.110 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 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1.1-11所示。 图1.111 (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：1.1-12所示。 图1.112 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 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 1．PC机一台TD-ACP+实验系统一套按1.1.3节中所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接每个运放单元均设置了锁零场效应管，运放锁零。2中的方波信号加至输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出U0端，观测输出端的实际响应曲线U0(t)，结果。 改变几组参数，重新观测结果。 用同样的方法分别搭接积分、比例积分、比例微分惯性环节的模拟电路图观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，结果。实验二 典型系统的时域响应和稳定性分析研究二阶系统的特征参量 (ξ、ωn) 对过渡过程的影响。 研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。 熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：图1.21所示。 图1.21 (2) 对应的模拟电路图1.2-2所示。 图1.22 (3) 理论分析 系统开环传递函数为：；开环增益。(4) 实验内容 先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，