典型环节及其阶跃响应..doc

自动控制原理实验 典型环节及其阶跃相应 .1 实验目的 1. 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。 2. 学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。 3. 学习用Multisim、MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。 .2 实验原理 典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强调典型环节的数学模型是对各种物理系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的是，在一定条件下， 典型模型的确定能在一定程度上忠实地描述那些元、部件物理过程的本质特征。 1.模拟典型环节是将运算放大器视为满足以下条件的理想放大器： (1) 输入阻抗为∞。流入运算放大器的电流为零，同时输出阻抗为零； (2) 电压增益为∞： (3) 通频带为∞： (4) 输入与输出之间呈线性特性： 2.实际模拟典型环节： (1) 实际运算放大器输出幅值受其电源限制是非线性的，实际运算放大器是有惯性的。 (2) 对比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和振荡环节，只要控制了输入量的大小或是输入量施加的时间的长短(对于积分或比例积分环节)，不使其输出工作在工作期间内达到饱和值，则非线性因素对上述环节特性的影响可以避免．但对模拟比例微分环节和微分环节的影响则无法避免，其模拟输出只能达到有限的最高饱和值。 (3) 实际运放有惯性，它对所有模拟惯性环节的暂态响应都有影响，但情况又有较大的不同。 3.各典型环节的模拟电路及传递函数 （1） 比例环节的模拟电路如图.1所示，及传递函数为： .1 比例环节的模拟电路 2. 惯性环节的模拟电路如图.2所示，及传递函数为： 其中 T=R2C 图.2 惯性环节的模拟电路 3. 积分环节的模拟电路如图.3所示，其传递函数为： 其中 T=RC .3 积分环节的模拟电路 4. 微分环节的模拟电路如图.4所示，及传递函数为： 其中T=R1C1 .4 微分环节的模拟电路 5. 比例＋微分环节的模拟电路如图.5所示，及传递函数为： 其中 .5 比例＋微分环节的模拟 6. 比例+积分环节的模拟电路如图.6所示，及传递函数为： 其中 .6 比例+积分环节的模拟电路 .3 实验内容 (1)分别画出比例、惯性、积分、微分、比例＋微分和比例＋积分的模拟电路图。 (2)按下列各典型环节的传递函数，调节相应的模拟电路的参数，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ①比例环节 G1(S)=-1和G2(S)=-2 ②惯性环节 G1(S)=-「1/(S+1)」和G2(S)=-「1/(0.5S+1)」 ③积分环节 G1(S)=-(1/S)和G2(S)=-(1/（0.5S） ④微分环节 G1(S)=－0.5S和G2(S)=-S ⑤比例微分环节 G1(S)=-(2+S)和G2(S)=-(1+2S) ⑥比例积分环节（PI）G1（S）=-(1+1/S)和G2（S）=-「2（1+1/2S）」 .4 实验步骤 1. 测试系统与计算机的连接 （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验。 2. 比例环节 （1） 连接被测量典型环节的模拟电路图.1。电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/Al输出，电路的输出C(S)接A／D、D/A卡的A/Dl输入。检查无误后接通电源。 （2） 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]。 （3） 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 验参数后鼠标点击确认，等待屏幕的显示区显示实验结果。 （4） 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。 （5） 记录波形及数据(由实验报告确定)。 3. 惯性环节 （1） 连接被测量典型环节的模拟电路图.2。电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/Al输出，电路的输出C(S)接A／D、D/A卡的A/Dl输入。检查无误后接通电源。 9. 实验步骤同比例环节的（2）～（5） 4. 积分环节 （1） 连接被测量典型环节的模拟电路图.3。电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/Al输出，电路的输出C(S)接A／D、D/A卡的A/Dl输入。检查无误后接通电源。 （2）实验步骤同比例环节的（2）～（5） 5. 微分环节 （1） 连接被测量典型环节的模拟电路图.4。电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/Al输出，电路的输出C(S)接A／D、D/A卡的A/Dl输入。检查