自动控制原理实验指导书自编教材.docVIP

自动控制原理实验 实验一 典型环节的模拟研究 1.各典型环节的方块图及传函 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） 2.各典型环节的模拟电路图及输入响应 典型环节名称 模拟电路图 输出响应 比例（P） 其中 积分（I） 其中 比例积分（PI） 其中 ， 比例微分（PD） 其中 为单位脉冲函数 ， 惯性环节（T） 其中1/R0 比例积分微分（PID） 其中 为单位脉冲函数 ， ， 3.实验内容及步骤 （1）观测比例，积分,比例积分,比例微分和惯性环节的阶响应曲线 ①准备：使运放处于工作状态。 将信号源单元（U1　SG）的ST端（插针）与+5V端（插针）用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态。 ②阶路信号的产生： 电路可采用图1-1所示电路，它由“单脉冲单元”（U13　SP）及“电位器单元”（U14 P）组成。 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 图1-1 具体线路形成：在U13单元中，将H1与+5V插针用“短路块”短接，H2插针用排线接至U14P单元的X插针；在U14　P单元中，将Z插针和GND插针用“短路块”短接，最后由插座的Y端输出信号。 以后实验若再用到阶跃信号时，方法同上，不再述。 实验步骤 ①按2中的各典型环节的模拟电路图将线接好（先按比例）。（PID先不接） ②将模拟电路输入 端（U1）与阶跃信号的输出端Y相联接；模拟电路的输出端（U0）接至示波器。 ③按下按钮（或松开按钮）H时，用示波器观测输出端的 实际响应曲线U0（t），且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果。 ④同理得出积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线见表1-1。 表1-1 典型环节 传递函数参数与模拟电路参数关系 单位阶跃响应 理想阶跃响应曲线 实测阶跃响应曲线 比例 ? 惯性 I ? PI 　 续表1-1 典型环节 传递函数参数与模拟电路参数关系 单位阶跃响应 理想阶跃响应曲线 实测阶跃响应曲线 PD 理想： 实测： PID 理想： 实测： ? = ?? 　 （2）观察PID环节的响应曲线 实验步骤： ①此时U1采用U1，SG单元的周期性方波信号（U1　单元的ST的插针改为与S插针用“短路块”短接，S11波段开关置于“阶跃信号”档，“　OUT”端的输出电压即为阶跃信号电压，信号周期由波段开关S12和电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。以信号幅值小\信号周期较长为比较适宜）。 ②参照2中的PID模拟电路图，将PID环节搭接好。 ③将①中产生的周期性方波信号加到PID环节的输入端（U1），用示波器观测PID输出端（U0），改变电路参数，重新观察并记录。 实验二 典型系统瞬态响应和稳定性 ? 1.典型二阶系统 ①典型二阶系统的方块图及传函 图2-1图是典型二阶系统原理方块图，其中T0=1S，T1=0.1S,K1分别为10、5、2.5、1。 开环传函：其中 =开环增益 闭环传涵： ，其中 表2-1列出有关二阶系统的三种情况（欠阻尼，临界阻尼，过阻尼）下具体参数的表达式，以便计算理论值。至于推导过程请参照有关原理书。 表2-1 一种情况 各参数 K 1 图2-1 ②模拟电路图：见图2-2 ??????????????????????? 图2-2 2.典型三阶系统 ①典型三阶系统的方块图：见图2-3 图2-3 开环传递函数为： 其中， （开环增益） ②模拟电路图：见图2-4 图2-4 　 开环传函为 （其中 ） 系统的特征方程为 ， 由Routh判据，得 ? 3.实验内容及步骤 准备：将“信号源单元”（U1 SG）的ST插针和+5V插针用“短路块”短接，使运算放大器反馈网络上的场效应管3DJ6夹断。 （1）典型二阶系统瞬态性能指标的测试。 ①按图2-2接