自动控制原理实验报告集.docx

验证性实验
实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究
一、实验目的
。
,掌握电路模拟和软件仿真研究方法。
二、实验内容
。
,并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
,完成各典型环节阶跃特性的软件仿真研究,并与电路模拟测试的结果作比较。
三、实验步骤
,利用实验箱上的模拟电路单元,参考本实验附录设计并连接各种典型环节(包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节)的模拟电路。注意实验前必须先将实验箱断电,再接线。接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。在输入阶跃信号时,除比例环节运放可不锁零(G可接-15V)也可锁零外,其余环节都需要考虑运放锁零。
,并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
在熟悉上位机界面操作的基础上,充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能,接线方式将不同于上述无上位机情况。仍以比例环节为例,此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1(D/A通道的输出端),将Uo连到实验箱 U3单元的I1(A/D通道的输入端),将运放的锁零G连到实验箱 U3单元的G1(与O1同步),并连好U3单元至上位机的并口通信线。接线完成,经检查无误,再给实验箱上电后,启动上位机程序,进入主界面。界面上的操作步骤如下:
①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内,“信号发生通道”选择“通道O1#”,“采样通道X”选择“通道I1#”,“采样通道Y”选择“不采集”。
②进行“系统连接”(见界面左下角),如连接正常即可按动态状态框内的提示(在界面正下方)“进入实验模式”;如连接失败,检查并口连线和实验箱电源后再连接,如再失败则请求指导教师帮助。
③进入实验模式后,先对显示进行设置:选择“显示模式”(在主界面左上角)为“X-t”;选择“量程”(在“显示模式”下方)为100ms/div;并在界面右方选择“显示”“系统输入
信号”和“采样通道X”。
④完成实验设置,先选择“实验类别”(在主界面右上角)为“时域”,然后点击“实验参数设置”,在弹出的“系统测试信号设置”框内,选择“输入波形类别”为“周期阶跃信号”,选择“输入波形占空比”为50%,选择“输入波形周期”为“1000ms”,选择“输入持续时间”为“1000ms”,选择波形不“连续”, 选择“输入波形幅值”为“1V”,将零位偏移设为“0”。以上除必须选择“周期阶跃信号”外,其余的选择都不是唯一的。要特别注意,除单个比例环节外,对其它环节和系统都必须考虑环节或系统的时间常数,如仍选择“输入波形占空比”为50%,那么“输入波形周期”至少是环节或系统中最大时间常数的6~8倍。这样,实验中才能观测到阶跃响应的整个过程。
⑤以上设置完成后,按“实验启动”启动实验,动态波形得到显示,直至“持续时间”结束,实验也自动结束,如上述参数设置合理就可以在主界面中间得到环节的“阶跃响应”。
⑥利用“红线数值显示”功能(详见软件使用说明书)观测实验结果;改变实验箱上环节参数,重复⑤的操作;如发现实验参数设置不当,看不到“阶跃响应”全过程,可重复④、⑤的操作。
⑦按实验报告需要,将图形结果保存为位图文件,操作方法参阅软件使用说明书。
四、实验原理与接线电路
(P)环节的传递函数、方块图和模拟电路
比例环节的传递函数为:
其方块图和模拟电路,、,其中,实验参数取R0=100k,R1=200k, R=10k。


(I)环节的传递函数、方块图、模拟电路
积分环节的传递函数为:
其方块图和模拟电路,、,于是,实验参数取R0=
200k,C=1uF, R=10k。



(PI)环节的传递函数、方块图和模拟电路


比例积分环节的传递函数为:
其方块图和模拟电路,,于是,,实验参数取R0=200k,R1=200k,C=1uF, R=10k。
(PD)环节的传递函数、方块图和模拟电路


比例微分环节的传递函数为:
、。其模拟电路是近似的(即实际PD环节),当时,将近似上述理想PD环节,有