微机与自动控制原理 实验报告书整理版

江南大学继续教育与网络教育学院微机与自动控制原理实验报告书实验名称：实验一典型环节的模拟研究实验二典型系统瞬态响应和稳定性学习中心：无锡市现代远程教育中心（江苏无锡）专业：机械制造与自动化姓名：学号：同实验者姓名：实验时间：总评成绩：评阅教师：成绩评定文字图表（30%）数据处理（40%）内容完整（30%）

实验一典型环节的模拟研究一、实验目的了解并掌握TAP-2教学实验系统模拟电路的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验仪器设备实验设备名称规格型号编号备注超低频示波器一台直流稳压电源（15V）一台万用表一块三、实验原始数据 实验前选定典型换接模拟电路的元件（电阻，电容）参数各两组。1.比例（P）环节比例环节的模拟电路图如图1-1B所示，其传递函数为：比较式（1-1）和（1-2）得当输入为单位阶跃信号，即时，，则由式（1-1）得到所以输出响应为 （1-4）其输出波形如图1-1C。2.积分（I）环节积分环节的模拟电路如图1-2B所示。积分环节模拟电路的传递函数为比较式（1-5）和（1-6）得当输入为单位阶跃信号，即即时，，则由式（1-5）得到 所以输出响应为 （1-8）其输出波形如图1-2C3.比例积分（PI）环节其传递函数为： （1-9）积分环节的模拟电路如图1-3B所示。积分环节模拟电路的传递函数为: （1-10）比较式（1-9）和（1-10）得 （1-11）当输入为单位阶跃信号，即即时，，则由式（1-5）得到 所以输出响应为 （1-12）其输出波形如图1-3C4.比例微分（PD）环节其传递函数为 （1-13）比例微分环节的模拟电路如图1-4B所示。其传递函数为: （1-14）考虑到，所以 （1-15）比较式（1-13）和（1-15）得 （1-16）当输入为单位阶跃信号，即即时，，则由式（1-5）得到 所以输出响应为 （1-17）其中为单位脉冲函数。式（1-17）为理想的比例微分环节的输出响应，考虑到比例微分环节的实际模拟电路（式（1-14），则实际的输出响应为： （1-18）图1-4C和图1-4D分别式比例微分环节的理想输出波形和实际输出波形。5.惯性（T）环节其传递函数为 （1-19）比例微分环节的模拟电路如图1-5B所示。其传递函数为: （1-20）比较式（1-13）和（1-15）得 （1-21）当输入为单位阶跃信号，即即时，，则由式（1-19）得到 所以输出响应为 （1-22）其输出波形如图1-5C。6.比例积分微分（PID）环节其传递函数为 （1-23）比例积分环节的模拟电路如图1-6B所示。积分环节模拟电路的传递函数为: （1-24）考虑到，则式（1-24）可以近似为： （1-25）比较式（1-23）和（1-25）得 （1-26）当输入为单位阶跃信号，即即时，，则由式（1-23）得到 所以输出响应为 （1-27）其中为单位脉冲函数。式（1-27）为理想的比例积分微分环节的输出响应，考虑到比例积分微分环节的实际模拟电路（式（1-24）），则实际输出响应为： （1-28）图1-6C为理想PID输出波形，图1-6D为实际PID模拟电路的输出波形。四、实验观测记录环节PI参数R1=100KR1=200KC=1μFC=2μF阶跃响应波形理想实测环节PIPD参数C=1μFC=2μFR1=10KR1=20K阶跃响应波形理想实测环节PIDT参数R1=10KR1=20KC=1μFC=2μF阶跃响应波形理想实测五、思考题由运算放大器组成的各种换接的传递函数是再什么条件下推导出的？怎样选用运算放大器？输入电阻、反馈电阻的阻值范围可以任意选用吗？答：运算放大器组成的各种换接和传递函数是由在输入阻抗高，输出阻抗低的条件下推导出来的，通常选用通用放大器，但输入电阻，反馈电阻的阻值不可以任意选用，会影响时间常数。图1-1B,1-2B,图1-3B，图1-4B，图1-5B，图1-6B中若无后面一个比例换接，其传递函数有什么差别？答：导致相位相反。惯性环节在什么情况下可以近似为比例环节？而在什么情况下可近似为积分环节？答：当T很小时，惯性环节可以近似为比例环节当T很大的时候，惯性环节可以近似为积分环节。

实验二典型系统瞬态响应和稳定性一、实验目的学习瞬态性能指标的测试技能。了解参数对系统瞬态性能及稳定性的影响。二、实验仪器设备实验设备名称规格型号编号备注MFTCS教学实验板直流稳压电源（15v）示波器万用表三、实验原始数据 实验前按给定参数算出二阶系统的性能指标，，，的理论值。应用模拟电路来模拟典型二阶系统和典型三阶系统。四、实验观测记录1．二阶系统RK1/S1/SVEMBEDEquation.3V理论值实测值理论值实测值理论值实测值25025100.21552.7%50%0.3210.326121.705770.77.07100.70710.54.3%5%0.4440.43480.5660.7525505101////10.580.5686252.5102////2.00671.491.39632．三阶系统RK输出波形稳定性1005稳定4712临界2520不稳定五、思考题1、在实验线路中如何确保系统实现负反馈？如果反馈回路中有偶数个运算放大器，则构成什么反馈？2、如图2-1所示二阶系统，改变增益会发生不稳