自动控制原理实验典型环节及其阶跃响应,二阶系统阶跃.doc

实验一、典型环节及其阶跃响应实验目的 1、学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。 2、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。 实验内容 构成下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。比例环节的模拟电路及其传递函数示图2-1。g(s)=-r2/r1 惯性环节的模拟电路及其传递函数示图2-2。 g(s)=-k/ts+1 k=r2/r1 ,t=r2*c 积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-3。 g(s)=1/ts t=rc 微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-4。 g(s)=-rcs 比例加微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-5。g(s)=-k(ts+1) k=r2/r1 t=r2c 比例加积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-6。g(s)=k(1+1/ts) k=r2/r1,t=r2c 软件使用 1、打开实验课题菜单，选中实验课题。 2、在课题参数窗口中，填写相应ad，da或其它参数。 3、选确认键执行实验操作，选取消键重新设置参数。实验步骤 1、连接被测量典型环节的模拟电路及d/a、a/d连接，检查无误后接通电源。 2、启动应用程序，设置t和n。参考值：t=0.05秒,n=200。 3、观测计算机屏幕示出的响应曲线及数据 记录波形及数据(由实验报告确定)。 实验报告 1、画出惯性环节、积分环节、比例加微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所有记录的惯性环节、积分环节、比例加微分环节的响应曲线。 2、由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。 实验二 二阶系统阶跃响应一、实验目的 1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比 和无阻尼自然频 n 对系统动态性能的影响，定量分析和n与最大超调量mp和调节时间 ts 之间的关系。 2、进一步学习实验仪器的使用方法。 3、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实验原理及电路 典型二阶系统的闭环传递函数为 其中和n对系统的动态品质有决定的影响。 二阶系统模拟电路如图示，经计算得 电路的结构图为 系统闭环传递函数为 式中 t=rc, k=r2/r1 比较 (1),(2)二式，可得 =1/t=1/rc n =k/2=r2/r1 (3) 由 (3) 式可知，改变比值r2/r1，可以改变二阶系统的阻尼比。改变rc值可以改变无阻尼自然频率。 今取r1=200k，r2=0-500k，(r2由电位器调节)，可得实验所需的阻尼比，电阻r取100k三、实验步骤 1、了解实验仪器，熟悉实验仪器的使用方法。 2、取n=10 rad/s,即令r=100k，c=1uf;分别取=0,0.25,0.5,0.7,1,2,即取r1=100k r2 (r2由电位器调节)分别等于0，50 k，100 k，140 k，200 k，400 k。输入阶跃信号，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量mp和调节时间ts的数值和响应的动态曲线，并于理论值比较。 3、取=0.5,即取r1=r2=100 k;n=100rad/s,即取r=100 k,c=0.1uf 注意：二个电容值同时改变，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量p和调节时间tn。 4、取r=100 k;c=1uf,r1=100 k,r2=50 k,测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录tp和p的数值。四、软件使用 1、打开实验课题菜单，选中实验课题。 2、在课题参数窗口中，填写相应ad，da或其它参数。 3、选确认键执行实验操作，选取消键重新设置参数。五、实验预习要求 1、通过理论分析分别求出实验步骤中对应的和n值下，阶跃响应的最大超调量mp和调节时间ts以备与实验时比较。 2、通过实验指导书，了解实验目的，要求，实验步骤和实验设备。 六、实验报告 1、画出二阶系统的模拟电路图，并求参数和n的表达式。 2、把不同和n条件下测量的mp和ts值列表，根据测量结果得出相应结论。 3、根据步骤3画出系统响应曲线，再由ts和mp计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。实验四 系统频率特性测量一、实验目的 1、加深了解系统及元件频率特性的物理概念。 2、掌握系统及元件频率特性的测量方法。二、实验内容 1、模拟电路图及系统结构图分别于图5和图6。2、系统传递函数 取r3=500k，则系统传递函数为若输入信号u（1）=u1sint,则在稳态时，其输出信号为u2(t)=u2sin(t+)。改变输入信号角频率值，使可测得二组u2/u1和随变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。三、软件使用 1、打开实验课题菜单，选中实验课题。 2、在课题参数窗口中，填写相应ad，da或其它参数。 3