自動控制原理實(shí)驗(yàn)典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng),二階系統(tǒng)階躍

1、實(shí)驗(yàn)一、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、學(xué)習(xí)構(gòu)成典型環(huán)節(jié)的模擬電路，了解電路參數(shù)對環(huán)節(jié)特性的影響。 2、學(xué)習(xí)典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)的測量方法，并學(xué)會由階躍響應(yīng)曲線計(jì)算典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 構(gòu)成下述典型環(huán)節(jié)的模擬電路，并測量其階躍響應(yīng)。比例環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)示圖2-1。g(s)=-r2/r1 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)示圖2-2。 g(s)=-k/ts+1 k=r2/r1 ,t=r2*c 積分環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)示圖2-3。 g(s)=1/ts t=rc 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)示圖2-4。 g(s)=-rcs 比例加微分環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)示圖2-5。g(s

2、)=-k(ts+1) k=r2/r1 t=r2c 比例加積分環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)示圖2-6。g(s)=k(1+1/ts) k=r2/r1,t=r2c 軟件使用 1、打開實(shí)驗(yàn)課題菜單，選中實(shí)驗(yàn)課題。 2、在課題參數(shù)窗口中，填寫相應(yīng)ad，da或其它參數(shù)。 3、選確認(rèn)鍵執(zhí)行實(shí)驗(yàn)操作，選取消鍵重新設(shè)置參數(shù)。實(shí)驗(yàn)步驟 1、連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路及d/a、a/d連接，檢查無誤后接通電源。 2、啟動應(yīng)用程序，設(shè)置t和n。參考值：t=0.05秒,n=200。 3、觀測計(jì)算機(jī)屏幕示出的響應(yīng)曲線及數(shù)據(jù) 記錄波形及數(shù)據(jù)(由實(shí)驗(yàn)報告確定)。 實(shí)驗(yàn)報告 1、畫出慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例加微分環(huán)節(jié)的模擬電路圖

3、，用坐標(biāo)紙畫出所有記錄的慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例加微分環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線。 2、由階躍響應(yīng)曲線計(jì)算出慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并與由電路計(jì)算的結(jié)果相比較。 實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比 和無阻尼自然頻 n 對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響，定量分析和n與最大超調(diào)量mp和調(diào)節(jié)時間 ts 之間的關(guān)系。 2、進(jìn)一步學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。 3、學(xué)會根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理及電路 典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 其中和n對系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)有決定的影響。 二階系統(tǒng)模擬電路如圖示，經(jīng)計(jì)算得 電路的結(jié)構(gòu)圖為 系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 式中 t=rc, k=r2/r

4、1 比較 (1),(2)二式，可得 =1/t=1/rc n =k/2=r2/r1 (3) 由 (3) 式可知，改變比值r2/r1，可以改變二階系統(tǒng)的阻尼比。改變rc值可以改變無阻尼自然頻率。 今取r1=200k，r2=0-500k，(r2由電位器調(diào)節(jié))，可得實(shí)驗(yàn)所需的阻尼比，電阻r取100k三、實(shí)驗(yàn)步驟 1、了解實(shí)驗(yàn)儀器，熟悉實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。 2、取n=10 rad/s,即令r=100k，c=1uf;分別取=0,0.25,0.5,0.7,1,2,即取r1=100k r2 (r2由電位器調(diào)節(jié))分別等于0，50 k，100 k，140 k，200 k，400 k。輸入階躍信號，測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)

5、，并記錄最大超調(diào)量mp和調(diào)節(jié)時間ts的數(shù)值和響應(yīng)的動態(tài)曲線，并于理論值比較。 3、取=0.5,即取r1=r2=100 k;n=100rad/s,即取r=100 k,c=0.1uf 注意：二個電容值同時改變，測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄最大超調(diào)量p和調(diào)節(jié)時間tn。 4、取r=100 k;c=1uf,r1=100 k,r2=50 k,測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，記錄響應(yīng)曲線，特別要記錄tp和p的數(shù)值。四、軟件使用 1、打開實(shí)驗(yàn)課題菜單，選中實(shí)驗(yàn)課題。 2、在課題參數(shù)窗口中，填寫相應(yīng)ad，da或其它參數(shù)。 3、選確認(rèn)鍵執(zhí)行實(shí)驗(yàn)操作，選取消鍵重新設(shè)置參數(shù)。五、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求 1、通過理論分析分別求出實(shí)驗(yàn)步驟中對應(yīng)的和

6、n值下，階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量mp和調(diào)節(jié)時間ts以備與實(shí)驗(yàn)時比較。 2、通過實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，要求，?shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 六、實(shí)驗(yàn)報告 1、畫出二階系統(tǒng)的模擬電路圖，并求參數(shù)和n的表達(dá)式。 2、把不同和n條件下測量的mp和ts值列表，根據(jù)測量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論。 3、根據(jù)步驟3畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，再由ts和mp計(jì)算出傳遞函數(shù)，并與由模擬電路計(jì)算的傳遞函數(shù)相比較。實(shí)驗(yàn)四 系統(tǒng)頻率特性測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念。 2、掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測量方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、模擬電路圖及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分別于圖5和圖6。2、系統(tǒng)傳遞函數(shù) 取r3=500k，則系統(tǒng)傳遞函數(shù)為若輸入信號u（1）=u1sint,則在穩(wěn)態(tài)時，其輸出信號為u2(t)=u2sin(t+)。改變輸入信號角頻率值，使可測得二組u2/u1和隨變化的數(shù)值，這個變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。三、軟件使用 1、打開實(shí)驗(yàn)課題菜單，選中實(shí)驗(yàn)課題。 2、在課題參數(shù)窗口中，填寫相應(yīng)ad，da或其它參數(shù)。 3