【精品】自控实验材料

精品精品 自控实验材料自控实验材料 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 各典型 环节的模拟电路图及输入响应 实验内容及步骤 观测比例 积分 比例积分 比例微分和惯性环节的阶跃响曲线 准备使运放处于工作状态 将信号源单元 U1SG 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 阶跃信号的产生电路可采用图1 1所示电路 它由 单脉冲单元 U13SP 及 电位器单元 U14 P 组成 图1 1具体线路形成在Ul3SP单元中 将Hl与 5V插针用 短路块 短接 H2插针用排线接至Ul4P单元的X插针 在Ul4P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 不再赞述 实验步骤 按2中的各典型环节的模拟电路图将线接好 先按比例 PID不接 将模拟电路输入端 Ui 与阶跃信号的输出端Y相联 接 模拟电路的翰出端 Uo 接至示波器 按下按钮 或松平按钮 H时 用示波器观测输出端的实际响应曲 线U t 且将结果记下 改变比例参数 重新观测结果 同理得出积分 比例积分 比例微分和惯牲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 观察PID环节的响应匙线 实验步骤 此时U1采用U1SG单元的周期性方波信号 Ul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 信号周期较长比较适宜 参照2中的PID模拟电路图 将PID环节搭接好 将 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 表1表1 1 续 实验二典型系统瞬态响应和稳定性 典型二阶系统 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 图2 1开环传函其中K K1 T0 K1 开环增益闭环传函其中表2 1列出有关二阶系统在三种情况 欠阻尼 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 模拟电路图 见图2 2图2 2 典型三阶系统 典型三阶系统的方块图见图2 3开环传递函数为 模拟电路图见图2 4图2 4开环传函为G S H S 其中K 510 R 系统的特征方程为由Rout h判据 得 实验内容及步骤准备 信号源单元 U1SG 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 典型二阶系统瞬态性能指标的测试 按图2 2接线 R 10K 用示波器观察系统阶跃响应C t 测量并记录超调量Mp 峰值时 间tp和调节时间tp 记录表2中 分别按R 20K 40K 100K改变系统开环增益 观察相应的阶跃响 应C t 测量并记录性能指标Mp tp和Ts 及系统的稳定性 并将 测量值和计算值 实验前必须按公式计算出 进行比较 参数取值及响应曲线 详见表2 表2注意监界状态时 即 1 ts 4 7 Wn 典型三阶系统的性能 按图2 4接线 R 30K 观察系统的阶跃响应 并记录波形 减小开环增益 R 42 6 100K 观察系统的阶路响应 参数取 值及响应曲线详见表3 表3实验三系统校正1 原系统的原理方块图见图3 1所示图3 1未校正系统的方块图由闭环传函要求设计串联校正装置 使系统满 足下述性能指标由理论推导 可参照有关自控原理书 得 校正网 络的传递函数为所以校正后的方块图如图3 2所示图3 2校正后系统的方块图 原系统及校正后的模拟电路图见图3 3及图3 4图3 3未校正系统的模拟电路图图3 4校正后系统模拟电路 实验内容及步骤 测量未校正系统的性能指 标 准备将 信号源单元 U1SG 的ST插针用 短路块 短接 实验步骤 按图3 3接线 加入阶跃电压 观察阶跃响应曲线 并测出超调量Mp和调节时间t Ts 将曲线及参数记录下来 测量校正系统的性能指标 按图3 4接线 加入阶路电压 观察阶跃响应曲线 并测出并测出超调量Mp以及 调节时间ts 看是否达到期望值 若未达到 请仔细检查接线 包 括阻容值 具体参数及响应曲线请参照表3 1 表3 1实验四控制系统的频率特性1 被测系统的方块图丑原理见图4 1图4 1被测系统方块图系统 或环节 的频率特性G j 是一个复变量 可以表示成以角频恋 为参数的幅值和相角 4 1 本实验应用频率特牲测试仪测量系统或环节的频率特牲 图4 1所示系统的开环频率特性为 4 2 采用对数幅频特牲和相频特性表示 则式 4 2 表示为 4 3 4 4 将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的额率从 低到高变化 并施加于被测系统的输人端 r t 然后分别测量相 应的反馈信号 b t 和误差信号 e t 的对数幅值和相位 频率特牲测试仪测试数据经相关运算器后在显示器中显示 根据式 4 3 和式 4 4 分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位 在半对数座标纸 上作出实验曲线开环对数幅频曲线和相频曲线 根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线 再根 据渐近线的斜率和转角频确定频率特性 或传递函数 所确定的频率特性 或传递函数 的正确性可以由测量的相频曲线 来检验 对最小相位系统而言 实际测量所得的相频曲线必须与由 确定的顾率特牲 或传递函数 所画出的理论相频曲线在一定程度上 相符 如果测量所得的相位在高频 相对于转角频率 时不等于 900 q p 式中p和q分别表示传递函数分子和分母的阶次 那么 频率特性 或传递函数 必定是一个非最小相位系统的频率特性 2 被测系统的模拟电路图见图4 2图4 2被测系统注意 所测点 c t e t 由于倒相器的作用 输出均为负值 若要测其正的输出点 可 分别在 c t e t 之后串接一组1 l的比例环节 比例环节的输出即为c t e t 的正输出 3 实验内容及步骤在此实验中 我们利用AT2系统中的U21DAC单元将 提供频率和幅值均可调的基准正弦信号源 作为被测对象的输入信 号 而AT2系统中测量单元的CH1通道用来观测被测环节的输出 选 择不同角频率及幅值的正弦信号源作为对象的输入 可测得相应的 环节输出 并在PC机屏幕上显示 我们可以根据所测得的数据正确 描述对象的幅频和相频特性图 具体实验步骤如下 1 将U21DAC单元的OUT端接到对象的输入端 2 将测量单元的CH1 必须拨为乘l档 接至对象的输出端 3 将Ul SG单元的ST和S端断开 用排线将ST端接至U26控制信号单元中的PB0 由于在每次测量前 应对对象进行一次回零操作 ST即为对象锁 零控制端 在这里 我们用8255的PB0口对ST进行程序控制 4 在PC机上输入相应的角频率 并使用 键选择合适 的幅值 按ENTER键后 输入的角频率开始闪烁 直至测量完毕时停 止 屏幕即显示所测对象的输出及信号源 移动游标 可得到相应 的幅值和相位 5 如需要重新测试 则按 N 键 系统会清除当前的测试结果 并等侍输入新的角频率 准备开始进行下次测试 6 根据测得在不同频率和幅值的信号源作用下系统误羞e t 及反馈 c t 的幅值 相对于信号源的相角差 用户可自行计算并画出闭环 系统的开环幅频和相频曲线 4 实验数据处理及被测系统的开环对数幅频曲线和相频曲线 表4 1实验数据 w 2 f 实验中 由于传函是经拉氏变换推导出的 而拉氏变换是一种线性积分运算 因此