自动控制第一次试验报告

1、装 订 线实 验 报 告实验名称 典型环节的时域响应 系电气工程系专业电气工程及其自动化班1102班姓名张婷学号0909110526授课老师韩华预定时间2013.5.17实验时间2013.5.17实验台号31一、目的要求1熟悉并掌握TD-ACC+(或TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。 2熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。 3了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验步骤 1. 按所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。 2. 将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元

2、均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s 左右。 3. 将2 中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui 端和输出U0 端，观测输出端的实际响应曲线U0(t)，记录实验波形及结果。 4. 改变几组参数，重新观测结果。 5. 用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分微分环节的模拟电路图。观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。 三、仪器设备 PC 机一台，TD-ACC+(或TD-ACS

3、)实验系统一套。 四、实验原理及内容、实验数据1比例环节 (P)(1) 方框图：传递函数： (3) 阶跃响应： U(t)=K(t>0)，其中：K = R 1/ R0(4) 模拟电路图：注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K 的电阻，实验中不需要再接。以后的实验中用到的运放也如此。(5) 理想与实际阶跃响应对照曲线： 取R0 = 200K；R1 = 100K。理想阶跃响应曲线 实测阶跃响应曲线 取R0 = 200K；R1 = 200K。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线2积分环节 (I)(1) 方框图：(2) 传递函数：=(3) 阶跃响应： (4) 模拟电路图：(5) 理想与实

4、际阶跃响应曲线对照： 取R0 = 200K；C = 1uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 取R0 = 200K；C = 2uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线3比例积分环节 (PI)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：(4) 模拟电路图：(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： 取R0 = R1 = 200K；C = 1uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 取R0=R1=200K；C=2uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线4惯性环节 (T)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 模拟电路图：(4) 阶跃响应： (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： 取R0=R1=200K

5、；C=1uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 取R0=R1=200K；C=2uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线5比例微分环节 (PD)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：(4) 模拟电路图：(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： 取R0 = R2 = 100K，R3 = 10K，C = 1uF；R1 = 100K。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线6比例积分微分环节 (PID)(1) 方框图：(2) 传递函数： (4) 模拟电路图：(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： 取R2

6、= R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 100K。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 取R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 200K。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线5、 分析讨论1、 比例环节 其输出不失真、不延迟、成比例的复现输入信号的变化，即信号的传递没有惯性。比例系数为R1/R0. 2、 积分环节 当积分环节的输入为单位阶跃函数时，则输出为t/T，它随着时间直线增长。T即RC称为积分时间常数。T很大时惯性环节的作用就近似一个积分环节。 积分环节的一个显著特点是输出量取决于输入量对时间的积累过程。输入

7、量作用一段时间后，即使输入量变为零，输出量仍将保持在已达到的数值，故有记忆功能；另一个特点是有明显的滞后作用，从图可以看出，输入量为常值 A 时，由于，是一斜线，输出量需经过时间 的滞后，才能达到输入量在 时的数值。因此，积分环节常被用来改善控制系统的稳态性能。3、 比例积分环节比例积分环节就是把比例环节与积分环节并联分别取得结果之后再叠加起来,所以从图像上看施加了阶跃信号以后,输出信号先有一个乘了系数K的阶跃,之后则逐渐按斜坡形式增加,形式同比例和积分的加和是相同的.上升的斜率取决于时间常数RC，RC越小，上升速率越快。4、 惯性环节 由图可以看出，惯性环节的时间常数越大代表惯性越大。5、 比例微分环节 微分时间常数越小，微分作用越强烈，图中表现为当输入有了一个相应后，更快地达到稳定值。由于两次测试的微分常数相等，所以动态特性相同，最后达到的稳定值不同，这是由比例系数K的不同引起的。K=(R1+R2)/R0,最终的输出稳定时为输入的K倍。6、 比例积分微分环节 对于理想的比例积分微分环节，在输入跃变时，它的输出响应能够以无限大的变化率在瞬间跃至 ，又在此瞬间下降至按某一比例Kp分配的电压值，并立即按积分时间常数Ti规律线性增长。 而模拟比例积分微分环节的输出响应，在输入跃变时只能以有限的变化率上升至运算放大的饱和值就不再增长，经