自控实验报告-典型环节的电模拟及阶跃响应分析

2012年自动控制原理实验报告实验一附：实验一实验一 典型环节的电模拟及阶跃响应分析一、 实验目的1. 学习典型环节的电模拟方法及参数测试方法；2. 观察典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响；3. 学习虚拟仪器（低频示波器）的使用方法；4. 学习使用MATLAB中SIMULINK的使用，进行时域法分析；5. 了解虚拟实验的使用方法；二、 实验设备及仪器1 模拟试验箱2 抵频信号发生器3 虚拟仪器（低频示波器）4 计算机5 MATLAB仿真软件三、 实验准备实验准备：（1） 检查线。检查试验中所要用的连接线以及阶跃信号是否存在问题。将连接线的一头插在+5V的阶跃信号上上，另一头接在LED显示灯上。按下脉冲信号，若灯亮，则表示线是完好的，并且阶跃信号也是好的。反之，此线不可在实验中使用。（2） 检查测量电阻。把万用表跳到电阻档，依次检查试验中要用到的不同值电阻。若与试验所要求的值差别太大，做上标记，不在实验中使用。完好的电阻打上“”。（3） 检查运算放大器。将脉冲信号之后接一个390K电阻，然后接放大器，反向端进入，然后用万用表依次测量放大器输入端和输出端是否为+1V和-1V,若为此结果，则表示放大器完好。（4） 检查电路板上是否有虚焊点的存在。四、 实验内容1. 惯性环节（一阶系统）：G(s)=, K=, T=电路图如图所示：从输入端加入阶跃信号a.令K=1，观察T=1s,2s时的波形，记录ts计算元件的设定参数：令K=1，即R1=R2=100K;当T=1s时，C= = =10u当T=1s时，C= = =20u即K=1，T=1s时，R1=R2=100K，C= =10u K=1，T=2s时，R1=R2=100K，C= =20u数据记录： K=1T R2 C ts K 1s 100K 10u 4.16 s 1 2s 100K 20u 8.32 s 1K=1，T=1s时,实验波形如图所示：K=1，T=2s时,实验波形如图所示：b. 保持T=1s不变，分别观察K=1、2时的输出波形，并作记录ts。令T=1s当K=1时,R1=R2=100K,C= = =10u当K=2时,R1= 100K, R2=200K, C= = =5u即K=1，T=1s时，R1=R2=100K，C= =10u K=2，T=1s时，R1=100K, R2=200K,C= =5u数据记录： T=1s T R2 C ts K 1s 100K 10u 4.16 s 1 1s 200K 5u 4.32 s 2附：实验波形K=1，T=1s时,实验波形如图所示：K=2，T=1s时,实验波形如图所示：MATLAB 仿真：(1)如图所示连接系统；(2)在Simulation/Simulation parameters中将仿真时间(Stop Time )设置为10秒；(3)单击Simulation/Start开始仿真，打开示波器Scope显示仿真结果；(4)令K=1，分别观察T=1s,T=2s时的仿真结果的变化；(5)令T=1s，分别观察K=1,K=2时的仿真结果的变化；K=1，T=1s时,仿真如图所示：系统连接图：仿真结果： 惯性 K=1，T=1sK=1，T=2s时,仿真如图所示：系统连接图：仿真结果： 惯性 K=1，T=2sK=2，T=1s时,仿真如图所示：系统连接图：仿真图形计算ts理论值：(取=2%)K=1，T=1s ts=4T=4s 误差= K=1，T=2s ts=4T=8s 误差= K=2，T=1s ts=4T=4s 误差= 2. 震荡环节： 从输入端加入阶跃信号，分别观察=0.1、0.5、1时的输出波形，并记录计算元件的设定参数：T=0.1s当=0.1时R1=100K, R2=500K, C=0.2u当=0.5时R1=100K, R2=100K, C=1u当=1时R1=100K, R2=50K, C=2u即T=0.1s，=0.1时，R1=100K, R2=500K, C=0.2u T=0.1s，=0.5时，R1=100K, R2=100K, C=1u T=0.1s，=1时，R1=100K, R2=50K, C=2u实验数据记录 T R2 C ts 0.1s 500K 0.1 0.2u 960ms 55.6% 0.1s 100K 0.5 1u 800ms 15% 0.1s 50K 1 2u 760ms 0.6%附实验波形：T=0.1s，=0.1时的实验波形如下图所示：T=0.1s，=0.5时的实验波形如下图所示：T=0.1s，=0.5时的实验波形如下图所示：MATLAB仿真：（1） 如图所示连接系统： （2）在Simulation/Simulation parameters中将仿真时间(Stop Time )设置为10秒； （3）单击Simulation/Start开始仿真，打开示波器Scope显示仿真结果； （4）观察T=0.1s, =0.1、0.5 、0.7、1时的仿真结果。T=0.1s，=0.1时仿真如图所示 T=0.1s，=0.5时仿真如图所示T=0.1s，=1时仿