试验典型环节及其阶跃响应

1、实验一、典型环节及其阶跃响应一、实验目的1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。二、实验设备1. EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2. 计算机一台三、实验原理1. 模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放 大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结 构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加 到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得 到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研 究参数对系统性能的影响。2

2、. 时域性能指标的测量方法：超调量o %:1）启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。2）检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击 a按 钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表 示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续 进行实验。3）连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。4）在实验项目的下拉列表中选择实验一典型环节及其阶跃响应。5）鼠标单击卜按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框 中设置相应的

3、实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结 果。6）用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：； =Ymax -Y二go%Y一一T p与 Ts：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%念态值所需的时间值，便可得到Tp与Tso四、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应:1.比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。2.3.4.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图c infI川(S) = -R2/R11-2。uiJOOK C/Al-GK=R2R(S) = - K/TS+1t说A/B1,T=R2C积分环节的模拟电路及传递函数如图C lu

4、f!U2VD1-T=RC I -微分环节的模拟电路及传递函数如图C 0. OlufIIR100K图1-4A/D1in 匚D/AiIH-1-31-4(S) =1/TSG (S) = - RCS5.例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5 （未标明的C=0.01uf）。R2(S) = -K (TS+1) K=R2/R1 T=R2C6.比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图EZ1-6。(S) =K (1+1/TS),T=R2C五、实验步骤1. 启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找 原因使通信正常后才可以继续进行实

5、验。比例环节3. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-1）。电路的输入U1接A/D、D/A卡 的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通 电源。4. 在实验项目的下拉列表中选择实验一一、典型环节及其阶跃响应。5. 鼠标单击酷按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中 设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果6. 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。7. 记录波形及数据（由实验报告确定）。惯性环节8. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-2）。电路的输入U1接A/D、D/A卡 的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输

6、入。检查无误后接通 电源。9. 实验步骤同47积分环节10. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-3）。电路的输入U1接A/D、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将积分电容两 端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。11. 实验步骤同47微分环节12. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-4）。电路的输入U1接A/D、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后 接通电源。13. 实验步骤同47比例+积分环节14. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-6）。电路的输入U1接A/D、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/

7、D、D/A卡的AD1输入，将积分电容连 在模拟开关上。检查无误后接通电源。15. 实验步骤同4716. 测量系统的阶跃响应曲线，并记入上表。六、实验结果（一）数据表格参数阶跃响应曲线Ts （秒）理论值实测值比例环节28.50X10-328.00X10-3R1=R2=惯性环节-3332.00X10-3336.00X10100K积分环节605.00X10-3608.00X10-3C=1uf微分环节54.00X10-356.00X10-3K=1比例+微分环节-382.00X10-380.00X10T=0.1S比例+积分环节-3501.00X10-3504.00X10比例环节24.50X10-324.

8、00X10-3R1=100K惯性环节-3825.00X10-3828.00X10R2=200K积分环节609.00X10-3608.00X10-3C=1uf微分环节57.00X10-356.00X10-3K=2比例+微分环节-366.00X10-368.00X10T=1S比例+积分环节405.00X10-3408.00X10-3（二）阶跃响应曲线1.比例环节参数设置：实役课题参数窗口北京理工达盛.区1R1=100KR2=200K :实验一典型环节及其阶跃响】I采样通道句】1AD 1|"AD启用采样周期0-01-1000,|1采样点数(50999200W AD显示(是/否)Aqua信源

9、通道CADA 1向DA启用波源类型15种波形】|阶跃波二J信源频率【最大值lOHs | jO YellcjJ 信源电S. (-5V-+5V) | 1珈 A参数】|0 QD俱示(Y/N)确认取消1W1&单游标时间(ns)XI：24.00X2:400.00|X1-X2|:376. 0011L双游标电压Y1:-2. 03Y2:-2.86IT1-T2I：0.83X时间轴坐标林)：3T2. 000000 y电压轴坐标W)； -4. 832353R1=R2=100K :63a"J 92.1L11 0.0-1I 1 1 1 In1 -2+3451 1 1 1 1 I 1 i i11111H

10、ii1l|200,400, EDO. Q00.1000. 1200. H00. 1GOO. 1S00. 2000.G单游标时间(ms)XI:28. 00X2:0.00|X1-X2|:28.00：_m.!里L双游标电 E(V)Yl：-U03Y2:0,00|Y1-Y2|:1,03X时间轴坐标Ous) : 980. 000000¥电压轴坐标3) ： -4. 941176参数设置2.惯性环节R1=100KR2=200K :益单游标时间（IRS）K1:328.00X2:0. 00|K1-K2|：323. 00圜L双游标电压Y1:-2. 00Y2:a. aa|Y1-Y2|:2. 00X 时间轴坐

11、标(jis) : 1040.0000®'I电压轴坐标（V）: -4. T94U7JR1=R2=100K :单游标时间(g)XI;J30. QQX2:00|X1-X2|：336. COL 双醐电压Yl:-1. 00Y2:0.00|T1-T2|:k COX时间轴坐株Gnw): 732 000000 Y电压轴坐株W)： -2. T&4T063.积分环节9R=100K C=1uF:有单游标时间6药 r双溢标电岳CD舀O& X2i-L 97Y2： , QQ|X1-X2|s . 00|Y1-Y2 | :608. 00a, 97X 时间轴坐标 G*,）： BT2. OCCC

12、OO¥电压轴坐标（V） ： -3. 5BBZ354.微分环节R=100KC=0.01uf:2厕席单游标时间(ns)XI:56.00 X2:0.00|X1-X2|:56.00|£| L双游标电压(V)Y1:-0. 03 Y2:0. 00| Y1-Y21:0.03*时间融坐标(jnsk 1096 000000 Y电压轴坐标(V)； -1 2352945.例+微分环节R1=R2=100K :105.4.3.?.1.0.01.-2,-3.-4.HJ11181'-n200. 点帅一 lilJU. 8U(I. IIJUIL 1ZU0. 1400. 1600. 1300. 200

13、0. |津单游标时间m广双游标电压mXI：:Yl:SO.00X2:-1. 03¥2:a. oo |xi-x2|：a, ao |yi-y2| :80. 001. 03乂时间轴坐标血W)： 1148. OOOOOO I电压轴坐标CVO： -4. 970566R1= 100KR2=200K :疗 单游标 时间5w)XI：L双游标电H(V)Yi:63. 00 X2：-2, 03Y2:n. 00 IK1-X2I：0, 00 IY1-Y2I:68 002. 03X 时间轴坐标 Ghs): 59S. 000000Y电压轴坐标(V)： -4. 794117116 .比例+积分R1=R2=100K :4.俱单游标时间(心)XI广双游标电压Y1504. 00X2;-4. 97 T2 : . 00|X1-X2|:a. 00|Y1-Y2| :504.004. S7X时间轴坐际m： 0. 000000¥电压轴坐株W): -4. 941176R1= 100KR2=200K :SOD.1000. 1200. 14m 1600. 1300. 2000单游标时间(ms) 双溢标电崖(V)I时间袖坐标(m，)： 33£. oaocco ¥电压轴坐标4： -3. T&