自控实验报告..doc

南昌大学实验报告 学生姓名： 马常珺 学 号： 6100311193 专业班级： 自动化115班 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩： 一、实验项目名称：典型环节的模拟研究 二、实验要求 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响 三、主要仪器设备及耗材 1．计算机一台（Windows XP操作系统） 2．AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套 3．LabACT6_08软件一套 四、实验数据及处理结果 1)．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。 图3-1-1 典型比例环节模拟电路 典型比例环节的传递函数： 单位阶跃响应： 实验分析： 1、由电路图可知，当R1=100k时，比例系数K=0.5 数据如下： 其中CH1（上面一条线）为输入，CH2（下面一条线）为输出。由图可得K=0.5，并且是把原图形比例缩小，图像与原图形趋势相同，无相角变化。 2、当R1=200K时，比例系数Ｋ＝１。如图所示：输入输出信号重合，线性放大。 结论：比例环节是将输入信号进行无失真地进行放大，此实验放大系数k与R1有关，成正相关，改变R1，比例系数就随之改变，输出信号就相应改变。 2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线 典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。 图3-1-4 典型惯性环节模拟电路 典型惯性环节的传递函数： 单位阶跃响应： 当Ｒ１＝２００ｋ，Ｃ＝１ｕｆ时，T=R1C=0.2s,K=1 如图： 当t=T时，U0=K*0.632*Ui=0.632*3.75=2.54由图得，此时t=200ms=T。 改变时间常数：当增大R1或者C时，时间常数就会加大，输出信号跟踪变慢。 改变比例系数：K变化时，只会影响输出幅值，不会影响时间常数，它对暂态性能没有影响。 3)．观察积分环节的阶跃响应曲线 典型积分环节模拟电路如图3-1-5所示。 图3-1-5 典型积分环节模拟电路 典型积分环节的传递函数： 单位阶跃响应： 分析：按照指导书理论计算时间常数T=0.2s,从图中测量为0.230s，和理论结果几乎相同，有点误差是正常的，这是不可避免的。从实验结果可以看出，积分环节是将输入信号进行积分，因为输入为阶跃信号，故输出为斜坡信号，按比例增大，只要阶跃信号在，就一直增大，但是不能超过放大器电压。 4)．观察比例积分环节的阶跃响应曲线 典型比例积分环节模拟电路如图3-1-8所示.。 图3-1-8 典型比例积分环节模拟电路 典型比例积分环节的传递函数： 单位阶跃响应： 分析：按照指导书理论计算时间常数T=0.4s,从图中测量为0.410s，和理论结果几乎相同，有点误差是正常的，这是不可避免的。从实验结果可以看出，输出信号先是进行比放大，然后在放大后信号基础上进行积分。 改变时间常数： 5)．观察比例微分环节的阶跃响应曲线 典型比例微分环节模拟电路如图3-1-9所示。 图3-1-9 典型比例微分环节模拟电路 典型比例微分环节的传递函数： 单位阶跃响应： 分析：从图中可以看出输出信号与输入信号微分成正比，开始输入信号变化较大，故输出信号幅值较大，然后慢慢降低至比例放大倍数，这里K=（R1+R2）/R0=1,故最终降至输入信号幅值处。 6)．观察PID（比例积分微分）环节的响应曲线 PID（比例积分微分）环节模拟电路如图3-1-11所示。 图3-1-11 PID（比例积分微分）环节模拟电路 典型比例积分环节的传递函数： 单位阶跃响应： ΔV=Kp×输入电压=2*0.2=0.4，测得此时Ti=0.023S，与计算值Ti=（R1+R2）*C1=0.02相符。 改变比例常数：当R0=50K时，Kp=0.4，ΔV=0.4*0.2=0.08，测得此时Ti=0.026S,与计算值0.02相近。如图： 改变时间常数：R1=20K时，Ti=（R1+R2）*C1=0.03，Kp=3，ΔV=3*0.2=0.6 测得此时Ti=0.032，与0.03相近。如图： 实验心得 通过这次试验，我对典型环节的阶跃响应有了更加清晰地认识。懂得了利用模电运算放大器知识求取传递函数，同时也学会了正确的在响应曲线中测量时间常数的大小。对各个典型环节的电路模型有了初步的认识，可以根据所学知识知识对响应曲线做简答分析。 参考资料 1．《自动控制