北京聯(lián)合大學(xué)自動控制原理實驗報告

1、北京聯(lián)合大學(xué)實驗報告課程名稱：自控原理 題 目：典型環(huán)節(jié)的模擬研究 指導(dǎo)教師： 院系專業(yè)：自動化 年級班級：自 姓 名： 成 績： 2014年11月23日實驗須知一預(yù)習(xí)實驗者應(yīng)事先預(yù)習(xí)，以免因準(zhǔn)備不充分而影響實驗順利進(jìn)行。預(yù)習(xí)內(nèi)容一般包括：1. 本次實驗所用設(shè)備、儀器的使用方法。2. 實驗指導(dǎo)書中與本次實驗有關(guān)的章節(jié)。3. 與本次實驗有關(guān)的原理、計算方法及操作要領(lǐng)等。4. 實驗者應(yīng)在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上完成本次實驗的預(yù)習(xí)報告。其主要內(nèi)容應(yīng)該包括： 1) 根據(jù)實驗內(nèi)容提供的方塊圖繪制模擬電路圖，實驗設(shè)計，并確定各有關(guān)元件的參數(shù)。2) 根據(jù)實驗要求擬訂出可行的實驗步驟。3) 估計到實驗中可能遇到的問題，并

2、考慮好解決的措施。4) 進(jìn)行必要的理論分析和計算。5) 設(shè)計好實驗數(shù)據(jù)記錄表格。二實驗中注意事項1. 實驗前將預(yù)習(xí)報告交給指導(dǎo)老師審閱，經(jīng)提問通過后，方可參與實驗。2. 遵守實驗室規(guī)章制度，注意人身、設(shè)備安全，不得在儀器設(shè)備上亂放導(dǎo)線或其他零物，以免意外短路造成事故。3. 照圖接線，經(jīng)指導(dǎo)老師檢查無誤后再通電實驗。4. 實驗中如發(fā)生儀器設(shè)備損壞，應(yīng)立即斷電并報告指導(dǎo)老師。5. 實驗結(jié)束后，將數(shù)據(jù)、曲線經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后方可拆除實驗線路。6. 照原樣整理好實驗儀器和設(shè)備。三實驗報告實驗者應(yīng)認(rèn)真完成實驗報告，報告格式作如下規(guī)定：1. 幅面16K紙張，加封面裝訂成冊。2. 封面上包括實驗名稱、系、班級

3、、本人姓名、同組人姓名，實驗日期及完成報告日期。3. 正文包括實驗名稱、實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容及簡要步驟；實驗設(shè)計；包括方框圖、模擬電路圖及電路參數(shù)；包括實驗數(shù)據(jù)、現(xiàn)象記錄與討論；實驗曲線、圖表及獲取條件；實驗結(jié)果分析，必須與理論計算結(jié)果對比分析，還包括思考題的解答。4. 實驗者應(yīng)對實驗結(jié)果做歸納總結(jié)，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理和誤差分析及問題討論。實驗一典型環(huán)節(jié)的模擬研究一實驗?zāi)康模?. 研究典型環(huán)節(jié)的特性，學(xué)習(xí)典型環(huán)節(jié)的電模擬方法。2. 熟悉實驗設(shè)備的性能和操作。二各典型環(huán)節(jié)的方塊圖及傳函典型環(huán)節(jié)名稱方塊圖傳遞函數(shù)比例（P）積分（I）比例積分（PI）慣性環(huán)節(jié)（T）三實驗內(nèi)容及步驟觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的

4、階躍響應(yīng)曲線，了解各項電路參數(shù)對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。改變被測環(huán)節(jié)的各項電路參數(shù)，畫出模擬電路圖，階躍響應(yīng)曲線，觀測結(jié)果，填入實驗報告運行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究中的相應(yīng)實驗項目，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始即可使用本實驗機配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測孔測量波形。具體用法參見用戶手冊中的示波器部分。1)觀察比例環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型比例環(huán)節(jié)模擬電路如圖1-1所示。圖1-1 典型比例環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)： ； 單位階躍響應(yīng)： 實驗步驟：注：S ST用短路套短接！（1）將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號（OUT），作

5、為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸出時，將自動對模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度1秒（D1單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓= 4V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖1-1安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號A5S4，S12B5S-ST信號輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）示波器聯(lián)接×1檔A5（OUTB）B3（CH1）B5（OUT）B3（CH2）（3）運行、觀察、記錄： 打

6、開虛擬示波器的界面，點擊開始，觀測A5B輸出端（Uo）的實際響應(yīng)曲線。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。實驗報告要求：按下表改變圖1-1所示的被測系統(tǒng)比例系數(shù)，觀測結(jié)果，填入實驗報告。必做參數(shù)R0R1輸入Ui比例系數(shù)K計算值測量值200K100K4V0.50.5075200K4V11.00575自定參數(shù)比例環(huán)節(jié)，K=0.5比例環(huán)節(jié)，K=12)觀察慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路如圖1-2所示。圖1-2 典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)： 單位階躍響應(yīng)：實驗步驟：注：S ST用短路套短接?。?）將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號（OUT），作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸

7、出時，將自動對模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度1秒（D1單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓= 4V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖1-2安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。信號輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）示波器聯(lián)接×1檔A5（OUTB）B3（CH1）B5（OUT）B3（CH2）（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號A5S4，S6，S10B5S-ST（3）運行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點擊開始，觀

8、測A5B輸出端（Uo）響應(yīng)曲線，等待完整波形出來后，移動虛擬示波器橫游標(biāo)到輸出穩(wěn)態(tài)值×0.632處，得到與輸出曲線的交點，再移動虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開始到輸出曲線的交點，量得慣性環(huán)節(jié)模擬電路時間常數(shù)T。實驗報告要求：按下表改變圖1-2所示的被測系統(tǒng)時間常數(shù)及比例系數(shù)，觀測結(jié)果，填入實驗報告。必做參數(shù)R0R1C輸入Ui比例系數(shù)K慣性常數(shù)T計算值測量值計算值測量值200K200K14V11.010.20.200211.010.40.410自定參數(shù)C=1 C=23)觀察積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖1-3所示。圖1-3 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)： 單位階躍響應(yīng)

9、： 實驗步驟：注：S ST用短路套短接?。?）為了避免積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號（OUT），代替信號發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸出時，將自動對模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度1秒（D1單元左顯示）。（注：為了使在積分電容上積分的電荷充分放掉，鎖零時間應(yīng)足夠大，即矩形波的零輸出寬度時間足夠長！ “量程選擇”開關(guān)置于下檔時，其零輸出寬度恒保持為2秒?。?調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓=

10、1V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖1-3安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線信號輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）示波器聯(lián)接×1檔A5（OUTB）B3（CH1）B5（OUT）B3（CH2）模塊號跨接座號A5S4，S10B5S-ST（3）運行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點擊開始，觀測A5B輸出端（Uo）響應(yīng)曲線，等待完整波形出來后，點擊停止，移動虛擬示波器橫游標(biāo)到0V處，再移動另一根橫游標(biāo)到V=1V（與輸入相等）處，得到與輸出曲線的交點，再移動虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開始到輸出曲線的交點，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時間常數(shù)Ti。實驗報

11、告要求：按下表改變圖1-3所示的被測系統(tǒng)時間常數(shù)，觀測結(jié)果，填入實驗報告。必做參數(shù)R0C輸入Ui積分常數(shù)Ti計算值測量值200K11V0.20.23020.40.380自定參數(shù)C=1C=24)觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線 典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖1-4所示.。圖1-4 典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)： 單位階躍響應(yīng)：實驗步驟：注：S ST用短路套短接?。?）為了避免積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號（OUT），代替信號發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸出時將自動對模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中

12、矩形波（矩形波指示燈亮）。量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度1秒（D1單元左顯示）。（注：為了使在積分電容上積分的電荷充分放掉，鎖零時間應(yīng)足夠大，即矩形波的零輸出寬度時間足夠長！ “量程選擇”開關(guān)置于下檔時，其零輸出寬度恒保持為2秒！） 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓 = 1V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖1-4安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號A5S4，S8B5S-ST信號輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）示波器聯(lián)接×1檔A5（OUTB）B3（CH1）B5（OUT）B3（CH2）（3）運行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點擊開始，觀測A5B輸出端（Uo）響應(yīng)曲線，等待完整波形出來后，點擊停止。移動虛擬示波器橫游標(biāo)到輸入電壓×比例系數(shù)K處，再移動另一根橫游標(biāo)到（輸入電壓×比例系數(shù)K×2）處，得到與積分曲線的兩個交點。再分別移動示波器兩根縱游標(biāo)到積分曲線的兩個交點，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時間常數(shù)Ti。實驗報告要求：按下表改變圖1-4所示的被測系統(tǒng)時間常數(shù)及比例系數(shù)，觀測結(jié)果，填入實驗報告。必做參數(shù)R0R1C輸入Ui比例系數(shù)K積分常數(shù)Ti計算值測量值計算值測量值200K200K11V11.0160.20.180100K222.