自动控制实验报告一-典型环节及其阶跃响应

1、实验一 典型环节及其阶跃响应班级：学号：姓名： 一、实验目的学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响；学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会根据阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数；二、实验仪器EL-AT-I型I 自动控制系统实验箱一台计算机一台三、实验原理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

2、，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。时域性能指标的测量方法： 超调量 %：启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。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验。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。在实验课题下拉菜单中选择实验一典型环节及其阶跃响应 。鼠标单击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设置窗口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。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

3、式算出超调量：YMAX- Y %=100%YT 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%稳态值所需的时间值，便可得到TP与TS。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：比例环节的模拟电路及其传递函数：G（s）=-R1/R2惯性环节：G(s)= -K/TS+1K=R2/R1 ,T=R2C;积分环节G(S)= 1/TST=RC微分环节0.01ufC2R lOOKu2AI DCl寸ul11 l ufDI AG(S)=-RCS比例+微分环节C20.01面贮 100KR1100KulCl luf_u2A/ DG(S)= -K(TS+1)K=R2/R1T=

4、R2C比例+积分环节G(S)=K(1+1/TS)K=R2/R1T=R2C五、实验步骤启动计算机，在桌面双击图标【自动控制实验系统】运行软件。测试计算机与实验箱的通信是否正常。按找各环节连接电路，进行实验，观测计算机屏幕显示出的阶跃响应波形，记录波形及数据。六、实验结果比例环节：理论传递函数：G(S)=-R2/R1=-2000第一次实验经验不足，只仿真出波形，没有取到具体的数值，所以没法算出实际的增益了，以后实验中一定完成要求。分析：从图中可以看出，比例环节最大的特点就是时间响应快，一旦有输入信号，输出立即响应。惯性环节： C=1uf时：01000沪 0 1.i拉一 轴单位： X1ms- Y 1

5、 mv方波示号浊 周斯：500 ms+ 500 ms3000400050006ooo70008000gooo怕祥：屯平： 1ooo m V 蛂1000 mV1000 关 1 o ms400030003ccc-4000-5cccX10 X2100oo x1 X2|Y15OOO Y2.5000 1 Y2：C=0.1u时f500040 尸 插童100：宽0荨 声200V0 _300040005000600070008000900010000 _ _ _ _ _ _ _ 波信号源豆 ： 500 ms+ 500 ms电 平 1 00 0 m V 双 10 00 m V4000 /:li!样：10 0 0

6、 ;oms3000 1 :l-2000 ,I :,-3000-4000-5000 .:,X1= Y1=归X2= 49归Y2 =10000 I Xi- X2I =5000 I Yi Y2 I=991799归当C=1uf时理论传递函数：G(S)= -K/(TS+1)= -R2/R1(R2CS+1)= -2/(0.2S+1)忘记取值了，无法算实际的传递函数了。分析：惯性环节的物理系统含有一种储能元件，能量的存储与释放需要一个过程，所以响应不会随着输入的变化而突变。因此在实验中一定要注意在用电容前，先使它放电充分。积 分 环 节 ： R=100K C=1u时f ：R=50K C=1u 时f ：当R=1

7、00K C=1u时f理论传递函数：G(S)= -1/TS= -1/RCS= -10/S实际值没有测。分析：阶跃响应的比例环节，输出量与时间成正比增长，增长的速度和时间常数T 有关，T 越小，增长越快。由上图可以看出，当R=100K C=0.1u时f ， T 最小，而增长速度最快。当输出量增大都一定值，达到饱和状态，将不再增长，而是保持在一定值不变。微 分 环 节 ： R=100K C=0.01u 时f ：R=100K C=0.1u 时f ：言垃一波 粕单位：X 1ms- 妇m V信号源 周期：50 0 ms+ 500 ms电平：10 o o m V 或1 0 0 0 mV采 祥 ： 1 0 0

8、 0 * 10 ms,.,.一一中宁,-。50004000300020001000-1000-2000-3000-40001000200030004000500060007000800090001000-5000X1= Y1 =o X2 =278 Y2 =迁 1 I X1 - X 2 I =-4087 I Yt - Y2 I =?614 3 的R=100K C=0.1u 时f ：0100020003000500 0 扫 验一 茹单位； X 1 而 炉 m VI方波信号源 周酕； 50 0 ms+500 ms妇平：10 oo m V 或 10 oo m V 4 00 0 诉祥： 100 0 *

9、10 ms4000500060007000800090001000030002000ro,-2000-3000-4000-5000X1 = Y1 =o X2 = 5000 Y2 =9988 X1 X2I=-5000 Y1-Y2I=998810000无电容时：分析：在理想微分环节，应仅存在一个冲击，但由于电压等外界因素的干扰， 输出产生漂移。因此，在实际的控制系统很少采用，而是采用带有惯性的微分环节。比例微分环节： C=0.01uf010002000300050 0 0 佐 验一 和单位： X 1 皿 炉 m V波信号源 周期：50 0 ms+ 500 ms电平：10 o o m V 或10 o

10、 o m V 4 0 0 0 忨样： 1 0 0 0 10 ms40005000600070008000900010000300020001000-1000-2000-3000-4000-5000X1=了1 =o X2= 5000 Y2 =9988 I X1 X2I =-5000 I Y1 - Yo I =998810000010002000300040005000600070008000900010000C=0.1uffi二尸三飞产。尽m V。300020001000户 U 于-1000 ,巨-.贮心讷-2000-3000-4000X1 =o X2 =9988 I X1X2I=9988了 1

11、 =5000 Y2 =-5000 I Y1- Yo I=10000-5000C=1uf01000沪 0 k 拉一 轴单位： X1ms- Y 1mv方波示号浊周斯： 10 ooms+ 1000ms3000400050006ooo70008000gooo怕祥：屯平：5oc mV 戍 5oomV 1000 关 1 om s40003000, H”-，叩甸干.,.,_.,.3ccc-4000-5cccX10 X2100oo x1 X2|Y15OOO Y2.5000 1 Y2无电容：0100020003000二三飞。仁。 婴。50 0 0 国 尸 貊 斗 X 1 皿 亡 v4000 1: 0m140005000600070008000900010000300020001000-1000-2000-3000-4000-5000X1=了1 =o X2= 5000 Y29988 I X1 X2I =-5000 I Y1- Yo I =998810000分析：比例微分环节与微分环节的阶跃响应曲线形状相似。因为此环节相当于是一个比例环节加上一个微分环节的共同作用，所以形状与微分环节的阶跃响应很相似，只是由于比例的关系使得震动的中心移动了。比例积分环节： R=100K C=1uf分析：比例积分环节与积分环节的输出结果相似，比例环