典型环节的电路模拟.doc

东南大学能环学院实验报告课程名称:热工过程自动控制原理第一次实验实验名称:典型环节的电路模拟院(系):专业:热能与动力工程姓名:学号:实验室:实验组别:同组人员:实验时间:评定成绩:审阅教师:目录一、实验目的……………………………………………………………3二、实验设备……………………………………………………………3三、实验原理……………………………………………………………3四、实验步骤……………………………………………………………6五、实验记录……………………………………………………………8六、实验总结……………………………………………………………12一、实验目的1、熟悉THBDC-1型 信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用; 2、熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟; 3、测量各典型环节的阶跃响应曲线,并了解参数变化对其动态特性的影响。二、实验设备1、THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台;2、PC机一台(含上位机软件)、数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、采接卡接口线。三、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应,将对系统的设计和分析是十分有益的。本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成,其原理框图如图1-1所示。图中和表示由构成的复数阻抗。1、比例环节图1-1 比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。它的传递函数与方框图分别为:当输入端输入一个单位阶跃信号,且比例系数为时的响应曲线如图1-2所示。2、积分环节图1-2积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为:设为一单位阶跃信号,当积分系数为时的响应曲线如图1-3所示。图1-33、比例积分环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为:其中,设为一单位阶跃信号,图1-4示出了比例系数为1、积分系数为时的输出响应曲线。图1-44、比例微分环节比例微分环节的传递函数与方框图分别为:其中设为一单位阶跃信号,图1-5示出了比例系数为2、微分系数为时的输出响应曲线。图1-55、惯性环节惯性环节的传递函数与方框图分别为:当输入端输入一个单位阶跃信号,且放大系数为1、时间常数为时响应曲线如图1-7所示。图1-7四、实验步骤1、比例环节实验步骤:先根据比例环节的方框图,选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路,如下图所示。图中后一个单元为反相器,其中若比例系数K=1时,电路中的参数取:,。若比例系数K=2时,电路中的参数取:,。当为一单位阶跃信号时,用上位软件观测(选择“通道1-2”,其中通道接电路的输出;通道接电路的输入并记录相应值时的实验曲线,并与理论值进行比较。另外还可使用可变电位器,以实现比例系数为任意设定值。2、积分环节实验步骤:根据积分环节的方框图,选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路,如下图所示。图中后一个单元为反相器,其中若积分时间常数时,电路中的参数取:,若积分时间常数时,电路中的参数取:,当为一单位阶跃信号时,用上位机软件观测并记录相应值时的输出响应曲线,并与理论值进行比较。3、比例积分环节根据比例积分环节的方框图,选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路,如下图所示。图中后一个单元为反相器,其中若取比例系数、积分时间常数时,电路中的参数取:若取比例系数、积分时间常数__D_Dd_通过改变、、的值可改变比例积分环节的放大系数和积分时间常数。当为一单位阶跃信号时,用上位软件观测并记录不同及值时的实验曲线,并与理论值进行比较。4、比例微分环节实验步骤:根据比例微分环节的方框图,选择实验台上的通用电路单元设计并组建其模拟电路,如下图所示。图中后一个单元为反相器,其中若比例系数、微分时间常数时,电路中的参数取:若比例系数__________________当为一单位阶跃信号时,用上位软件观测并记录不同及值时的实验曲线,并与理论值进行比较。5、惯性环节实验步骤:根据惯性环节的方框图,选择实验台上的通用电路单元设计并组建其相应的模拟电路,如下图所示。图中后一个单元为反相器,其中若比例系数、时间常数时,电路中的参数取:若比例系数、时间常数时,电路中的参数取:通过改变、、的值可改变惯性环节的放大系数和时间常数。当为一单位阶跃信号时,用上位软件观测并记录不同及值时的实验曲线,并与理论值进行比较。五、实验记录1、比例环节当电路参数取:__D_Dd___为一单位阶跃信号时,实验记录响应曲线如下:当电路参数取:__D_Dd___为一单位阶跃信号时,实验记录响应曲线如下: