自动控制原理实验报告 浙工大赵磊

自动控制原理实验实验一典型环节的模拟研究一．实验目的：1.了解并掌握TD-ACC+教学实验系统模拟电路的研究方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法。2.熟悉各典型环节的阶跃响应曲线及参数测量方法。3.熟悉典型环节参数与对应模拟电路参数的关系，了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二．实验设备：PC机一台，TD-ACC+教学实验系统一套。三．实验原理：用运算放大器模拟控制系统中的典型环节，然后加入典型输入信号，测试环节的输出响应。组成各种环节的运算放大器，是一种高增益、低漂移的直流放大器。它们的运算公式是假定在下列理想状态下推得的：1.放大器的开环放大倍数A为无限大；2.放大器没有零点漂移和噪声；3.放大器输入电流等于零；4.开环输入阻抗为无限大，输出阻抗为零等。四．实验内容：1.观测比例环节G(s)=K，当K=2时的阶跃响应曲线。其中K=R1/R0。比例环节的模拟图如下：理论上，当输入为阶跃信号，即Ui(t)=A(t)时，Ui(s)=A/s,则Uo(s)=K*A/s,输出响应为Uo(t)=KA(t=0)○4其输入输出波形如下：○5其中输入（阶跃响应）的幅值是1.59V。由于K=2，测得输出的波形的幅值是原来的两倍，实验结果过符合预期理论值。2.观测比例微分环节G(s)=1/TS,当T=0.2秒时的阶跃响应曲线。T=R0C=0.2秒。积分环节的模拟电路如下：理论上，当输入为阶跃信号，即Ui(t)=A(t)时，Ui(s)=A/s,则Uo(s)=1/(T*s)*A/s=A/(Ts*s)，输出响应为：Uo(t)=A*t/T。○4其输入输出波形如下：○5其中输入（阶跃响应）的幅值是A=1.59V。理论上：输出响应为：Uo(t)=A*t/T，其中当Uo(t)=1.59V时，求得t=0.2秒，二图中显示是189.1毫秒，所以误差是(200-189.1)/200*100%=5.45%3.观测比例微分环G(s)=K+1/TS,当K=1，T=0.2秒时的阶跃响应曲线。其中K=R1/Ro=1，T=Ro*C=0.1秒。比例积分的模拟电路如下：理论上，当输入为阶跃信号，即Ui(t)=A(t)时，Ui(s)=A/s,则Uo(s)=(T*s+K)*A/s，输出响应为：Uo(t)=A*K+At/T。○4其输入输出波形如下：○5其中输入幅值A=2.0V，K=1，T=0.2秒，当输出U0(t)=4.0V时根据输出响应为：Uo(t)=A*K+At/T的公式求得t=0.1秒，而实验测得t=84.4毫秒。所以误差是：(0.1-0.0844)/0.1*100%=15.6%.4.观测惯性环节G(s)=K/(TS+1)，K=0.2秒时的阶跃响应曲线。K=R1/R0=2,T=R1*C=0.2。惯性环节的模拟电路图如下：理论上，当输入为阶跃信号，即Ui(t)=A(t)时，Ui(s)=A/s,则Uo(s)=1/(T*s+1)*A/s，输出响应为：Uo(t)=A*K*(1-Tte)。○4其输入输出波形如下：○5其中输入幅值A=2.0V，K=2，T=0.2秒，当输出U0(t)=2.51V时根据输出响应为：Uo(t)=A*K*(1-Tte)的公式得到：t=197.5毫秒，所以误差是：(197.5-192.2)/197.5*100%=2.68%5.观测比例微分环节G(s)=K(1+TS)，当K=2时的阶跃响应曲线。K=(R1+R2)/R0=2,T=CR2R1R2R1=5毫秒比例微分环节的模拟电路如下：理论上，当输入为阶跃信号，即Ui(t)=A(t)时，Ui(s)=A/s,则Uo(s)=K(1+Ts)*A/s，则输出响应为：Uo(t)=AKTδ(t)+AK,式中δ(t)是单位脉冲函数。这是理想的比例微分环节，考虑比例微分环节的实际模拟电路，则实际输出响应为：U0(t)=R3Ct-e30210R2R1ARRRRAR。○4其输入输出波形如下：○5从图中看出，|V1-V2|=2V，而输入也是2V，所以K=2.02,这与理论值相符。五．实验思考题：信号源可以产生3中典型信号，分为方波、谐波、抛物线，单元中的“S/St+5V”插针坐，用短路块连接。在理想状态下推导的：1.放大器的开环放大倍数A为无限大；2.放大器没有零点漂移和噪声；3.放大器输入电流等于零；4.开环输入阻抗为无限大，输出阻抗为零等1-1a中后面的比例环节是反相器，如果不加的话得到的函数会是负值。○4积分环节：图中Ui(t)与Uo(t)的交点时间即为T；惯性环节：取0.63AK时所对应的时间为T。自动化1302赵磊