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自动控制原理实验指导书给学生
自动控制技术实验教程 第七章 离散系统的稳定分析与校正
自动控制原理实验指导书
刘 芹
仲恺农业工程学院
自动化学院自动化实验室
2014年12月
自动控制技术实验教程 附录二 对象整定的方法
目 录
实验一 典型环节的时域响应 …………………………………1
实验二 典型系统的时域响应………………………………….10
实验三 典型系统的稳定性分析…………….……………..…. 13
实验一 典型环节的时域响应
一、 实验目的
1.掌握各典型环节模拟电路的构成方法,掌握TD-ACC设备的使用方法。
2.熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、 实验设备
PC机一台,TD-ACC系列教学实验系统一套。
三、 实验原理及内容
下面列出了各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应,实验前应熟悉了解。
1.比例环节 (P)
(1) 方框图:
图1-1
(2) 传递函数:
(3) 阶跃响应:Uo(t) = K ( t≥0 ) 其中K = R1 / R0
(4) 模拟电路图:
图1-2
(5) 理想与实际阶跃响应对照曲线
① 取R0 = 200K;R1 = 100K。
② 取R0 = 200K;R1 = 200K。
2.积分环节(I)
(1) 方框图:
图1-3
(2) 传递函数:
(3) 阶跃响应: ( t≥0 ) 其中T = R0C
(4) 模拟电路图:
图1-4
(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照
① 取R0 = 200K;C = 1uF。
② 取R0 = 200K;C = 2uF。
3.比例积分环节(PI)
(1) 方框图:
图1-5
(2) 传递函数:
(3) 阶跃响应: ( t≥0 ) 其中K = R1/R0 ;T = R0C
(4) 模拟电路图:见图 1.1-6
图1-6
(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照
① 取R0 = R1 = 200K;C = 1uF。
② 取R0=R1=200K;C=2uF。
4.惯性环节(T)
(1) 方框图:
图1-7
(2) 传递函数:。
(3) 模拟电路图:见图1.1-8
图1-8
(4) 阶跃响应:,其中;。
(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照
① 取R0=R1=200K;C=1uF。
② 取R0=R1=200K;C=2uF。
5.比例微分环节(PD)
(1) 方框图:见图1.1-9
图1-9
(2) 传递函数:
(3) 阶跃响??:。
其中,,为单位脉冲函数,这是一个面积为t的脉冲函数,脉冲宽度为零,幅值为无穷大,在实际中是得不到的。
(4) 模拟电路图:
图1-10
(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照
① 取R0 = R2 = 100K,R3 = 10K,C = 1uF;R1 = 100K。
② 取R0=R2=100K,R3=10K,C=1uF;R1=200K。
6.比例积分微分环节(PID)
(1) 方框图
图1-11
(2) 传递函数:
(3) 阶跃响应:。
其中为单位脉冲函数,;;
(4) 模拟电路图:
图1-12
(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照
① 取R2 = R3 = 10K,R0 = 100K,C1 = C2 = 1uF;R1 = 100K。
② 取R2 = R3 = 10K,R0 = 100K,C1 = C2 = 1uF;R1 = 200K。
四、 实验步骤
1.观察比例、积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线
(1) 实验接线
① 准备:将信号源单元的“ST”端(插针)与“+5V”端(插针)用“短路块”短接,使模拟电路中的场效应管夹断(每个运放单元均设置了锁零场效应管),这时运放处于无锁零控制的工作状态。
② 阶跃信号的产生
电路可采用图1-13,具体接法:将“H1”与“+5V”插针用“短路块”短接,“H2”插针用排线接至“X”插针,“X”端原有的“短路块”应拔掉,再将“Z”插针和“GND”插针用“短路块”短接,最后信号由大插孔“Y”端输出。实验中按动按钮即可产生阶跃信号,调节电位器可以改变阶跃信号的幅值。以后实验再用到阶跃信号时,方法同上,不再赘述。
图1-13
(2) 实验操作
① 按模拟电路图将线接好。将阶跃信号加至输入端,调节单次阶跃单元中的电位器,按动按钮,用示波器观察阶跃信号,使
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