自控实验报告模板

自控实验报告模板自控实验报告模板 自控实验报告姓名学号 一 实验名称典型环节的电路模拟 二 实验目的1 熟悉 THBDC 1 型信号与系统控制理论 计算机控制技术实验平台及上位机软件 的使用 2 熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟 3 测量 各典型环节的阶跃响应曲线 并了解参数变化对其动态特性的影响 三 实验设备1 THBDC 1 型控制理论 计算机控制技术实验平台 2 PC机一台 含上位机 软件 USB数据采集卡 37针通信线1根 16芯数据排线 USB接口 线 3 双踪慢扫描示波器一台 可选 四 实验内容1 设计并组建各典型环节的模拟电路 2 测量各典型 环节的阶跃响应 并研究参数变化对其输出响应的影响 五 实验步骤及结果自控系统是由比例 积分 微分 惯性等环节 按一定的关系组建而成 熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应 将对系统的设计 和分析是十分有益的 本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成 其原理框图如图1 1所示 图中Z1和Z2表示由R C构成的复数阻抗 1 比例 P 环节图1 1比例环节的特点是输出不失真 不延迟 成比例地复现输出信号的 变化 它的传递函数与方框图分别为KSUSUSGiO 根据比例环节的方 框图 选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路 如下图所示R1uiR1ui R2R2 R0R0R0R0u ouo图中后一个单元为反相器 其中R0 200K 1 若比例系数K 1时 电路中的参数取R1 100K R2 100K 单位阶跃响应曲线如下2 若比例系数K 2时 电路中的参数取R1 10 0K R2 200K 单位阶跃响应曲线如下2 积分 I 环节积分环节的输出量与其输入 量对时间的积分成正比 它的传递函数与方框图分别为根据积分环节的方框图 选择实验台 上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路 如下图所示 图中后 一个单元为反相器 其中R0 200K 1 若积分时间常数T 1S时 电路中的参数取R 100K C 10uF T RC 1 00K 10uF 1 单位阶跃响应曲线如下TsSUSUsGiO1 RRCCuiu i R0R0R0R0u ouo2 若积分时间常数T 0 1S时 电路中的参数取R 100K C 1uF T RC 100K 1uF 0 1 单位阶跃响应曲线如下3 比例积分 PI 环节 比例积分环节的传递函数与方框图分别为其中T R2C K R2 R1根据 比例积分环节的方框图 选择实验台上的通用电路单元设计并组建 相应的模拟电路 如下图所示 图中后一个单元为反相器 其中R0 2 00K 11 11 21211212CSRRRCSRRRCSRCSRSUSUsGiO 1 若取比例 系数K 1 积分时间常数T 1S时 电路中的参数取R1 100K R2 100K C 10 uF K R2 R1 1 T R1C 100K 10uF 1 单位阶跃响应曲线如下2 若 取比例系数K 1 积分时间常数T 0 1S时 电路中的参数取R1 100K R2 100K C 1uF K R2 R1 1 T R1C 100K 1uF 0 1S 其单位阶跃响应曲线如下4 比例微分 PD 环节比例微分环节的传递 函数与方框图分别为 1 1 112CSRRRTSKsG 其中CRTRRKD112 根据比例微分环节的方框图 选择实验台上的通用电路单元设计 并组建其模拟电路 如下图所示图中后一个单元为反相器 其中R0 200K 1 若比例系数K 1 微分时间常数T 1S时 电路中的参数取R1 100K R2 100K C 10 uF K R2 R1 1 T R1C 100K 10uF 1S 其单位阶跃响应曲线如下2 若比例系数K 0 5 微分时间常数T 1S时 电路中的参数取R1 200K R2 100K C 10 uF K R2 R1 0 5 T R1C 100K 10uF 1S 其单位阶跃响应曲线如下5 惯性环节惯性环节的传递函数与方框图 分别为 SUsGi根据惯性环节的方框图 选择实验台上的通用电 路单元设计并组建其相应的模拟电路 如下图所示图中后一个单元 为反相器 其中R0 200K 1 TSKSUO1 若比例系数K 1 时间常数T 1S时 电路中的参数取R1 100K R2 100K C 10uF K R2 R1 1 T R2C 100K 10uF 1 其单位阶跃响应曲线如下2 若比例系数K 1 时间常数T 2S时 电路中的参数取R1 100K R2 200K C 10uF K R2 R1 2 T R2C 200K 10uF 2 其单位阶跃响应曲线如下 六 实验结果分析1 比例环节由图像可知 当R2由100k变为200k 即比例系数由k 1变为k 2 时 输出信号变成原来的两倍 2 积分环节由图像可知 当C由10uF变为1uF 即积分时间常数由T 1 S变为T 0 1S 时 输出信号上升速率变快 即图像的斜率变大 3 比例积分环节由图像可知 当C由10uF变为1uF 即积分时间常数 由T 1S变为T 0 1S 时 输出信号上升速率变快 即图像的斜率变 大 4 比例微分环节由图像可知 当R1由100k变为200k 即比例系数由k 1变为k 0 5 时 输出信号变小 5 惯性环节由图像可知 当R2由100k变为200k 即时间常数由T 1S 变为T 2S 时 输出信号上升速率减慢 达到稳定时 输出信号的 稳态值也变大 七 实验注意事项1 为了更好的观测实验曲线 实验时可适当调节 软件上的分频系数 一般调至刻度 2 处 2 当实验电路中有积分 环节时 实验前一定要用锁零单元进行锁零 实验时要退去锁零 3 在比例积分环节中 通过改变R 2 R 1 C的值可改变比例积分环节的放大系数K和积分时间常数T 4 在惯性环节中 通过改变R 2 R 1 C的值可改变惯性环节的放大系数K和时间常数T 八 实验心得1 用运放模拟典型环节时 其传递函数是在什么假设 条件下近似导出的 答 1 假定运放具有理想特性 即满足 虚短 虚断 特性 2 运放的静态量为零 个输入量 输出量和反馈量都可以用瞬时 值表示其动态变化 2 积分环节和惯性环节主要差别是什么 在什么条件下 惯性环节 可以近似地视为积分环节 而又在什么条件下 惯性环节可以近似 地视为比例环节 答惯性环节的特点是 当输入x t 作阶跃变化时 输出y t 不能立刻达到稳态值 瞬态输出以指数规律变化 而积分环节 当输入为单位阶跃信号时 输出为输入对时间的积分 输出y t 随时间呈直线增长 当t趋于无穷大时 惯性环节可以近似地视为积分环节 当t趋于0时 惯性环节可以近似地视为比例环节 3 为什么实验中实际曲线与理论曲线有一定误差 答实验使用的设 备中的电器元件本身就受到干扰 对实验曲线有影响 故有误差 自动控制实验是 热工过程自动控制原理 这门课程的实践性学习 的一个部分 自控实验是将书本上理论抽象的知识转变为图像等具体的表现 既 提高了我们的动手操作能力 又巩固了这门课的理论知识 这次实验 我们主要熟悉了比例 积分 微分 惯性环节的阶跃响 应特性及其电路模拟 动手测量了各典型环节的阶跃响应曲线 并 从图像中了解了参数变化对其动态特性的影响 我们在这次实验中学习了这些基本环节及其的