自動控制第一次試驗報告

1、裝 訂 線實 驗 報 告實驗名稱 典型環(huán)節(jié)的時域響應(yīng) 系電氣工程系專業(yè)電氣工程及其自動化班1102班姓名張婷學(xué)號0909110526授課老師韓華預(yù)定時間2013.5.17實驗時間2013.5.17實驗臺號31一、目的要求1熟悉并掌握TD-ACC+(或TD-ACS)設(shè)備的使用方法及各典型環(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方法。 2熟悉各種典型環(huán)節(jié)的理想階躍響應(yīng)曲線和實際階躍響應(yīng)曲線。對比差異、分析原因。 3了解參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。 二、實驗步驟 1. 按所列舉的比例環(huán)節(jié)的模擬電路圖將線接好。檢查無誤后開啟設(shè)備電源。 2. 將信號源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個運放單元

2、均設(shè)臵了鎖零場效應(yīng)管，所以運放具有鎖零功能。將開關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“OUT”端輸出的方波幅值為1V，周期為10s 左右。 3. 將2 中的方波信號加至環(huán)節(jié)的輸入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表筆分別監(jiān)測模擬電路的輸入Ui 端和輸出U0 端，觀測輸出端的實際響應(yīng)曲線U0(t)，記錄實驗波形及結(jié)果。 4. 改變幾組參數(shù)，重新觀測結(jié)果。 5. 用同樣的方法分別搭接積分環(huán)節(jié)、比例積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)和比例積分微分環(huán)節(jié)的模擬電路圖。觀測這些環(huán)節(jié)對階躍信號的實際響應(yīng)曲線，分別記錄實驗波形及結(jié)果。 三、儀器設(shè)備 PC 機一臺，TD-ACC+(或TD-ACS

3、)實驗系統(tǒng)一套。 四、實驗原理及內(nèi)容、實驗數(shù)據(jù)1比例環(huán)節(jié) (P)(1) 方框圖：傳遞函數(shù)： (3) 階躍響應(yīng)： U(t)=K(t0)，其中：K = R 1/ R0(4) 模擬電路圖：注意：圖中運算放大器的正相輸入端已經(jīng)對地接了100K 的電阻，實驗中不需要再接。以后的實驗中用到的運放也如此。(5) 理想與實際階躍響應(yīng)對照曲線： 取R0 = 200K；R1 = 100K。理想階躍響應(yīng)曲線 實測階躍響應(yīng)曲線 取R0 = 200K；R1 = 200K。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線2積分環(huán)節(jié) (I)(1) 方框圖：(2) 傳遞函數(shù)：=(3) 階躍響應(yīng)： (4) 模擬電路圖：(5) 理想與實際階躍響

4、應(yīng)曲線對照： 取R0 = 200K；C = 1uF。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線 取R0 = 200K；C = 2uF。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線3比例積分環(huán)節(jié) (PI)(1) 方框圖：(2) 傳遞函數(shù)：(3) 階躍響應(yīng)：(4) 模擬電路圖：(5) 理想與實際階躍響應(yīng)曲線對照： 取R0 = R1 = 200K；C = 1uF。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線 取R0=R1=200K；C=2uF。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線4慣性環(huán)節(jié) (T)(1) 方框圖：(2) 傳遞函數(shù)：(3) 模擬電路圖：(4) 階躍響應(yīng)： (5) 理想與實際階躍響應(yīng)曲線對照： 取R0=R1=200K；C=1

5、uF。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線 取R0=R1=200K；C=2uF。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線5比例微分環(huán)節(jié) (PD)(1) 方框圖：(2) 傳遞函數(shù)：(3) 階躍響應(yīng)：(4) 模擬電路圖：(5) 理想與實際階躍響應(yīng)曲線對照： 取R0 = R2 = 100K，R3 = 10K，C = 1uF；R1 = 100K。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線 取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線6比例積分微分環(huán)節(jié) (PID)(1) 方框圖：(2) 傳遞函數(shù)： (4) 模擬電路圖：(5) 理想與實際階躍響應(yīng)曲線對照： 取R2 = R3

6、 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 100K。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線 取R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 200K。理想階躍響應(yīng)曲線實測階躍響應(yīng)曲線5、 分析討論1、 比例環(huán)節(jié) 其輸出不失真、不延遲、成比例的復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化，即信號的傳遞沒有慣性。比例系數(shù)為R1/R0. 2、 積分環(huán)節(jié) 當積分環(huán)節(jié)的輸入為單位階躍函數(shù)時，則輸出為t/T，它隨著時間直線增長。T即RC稱為積分時間常數(shù)。T很大時慣性環(huán)節(jié)的作用就近似一個積分環(huán)節(jié)。 積分環(huán)節(jié)的一個顯著特點是輸出量取決于輸入量對時間的積累過程。輸入量作用一

7、段時間后，即使輸入量變?yōu)榱悖敵隽咳詫⒈３衷谝堰_到的數(shù)值，故有記憶功能；另一個特點是有明顯的滯后作用，從圖可以看出，輸入量為常值 A 時，由于，是一斜線，輸出量需經(jīng)過時間 的滯后，才能達到輸入量在 時的數(shù)值。因此，積分環(huán)節(jié)常被用來改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。3、 比例積分環(huán)節(jié)比例積分環(huán)節(jié)就是把比例環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)并聯(lián)分別取得結(jié)果之后再疊加起來,所以從圖像上看施加了階躍信號以后,輸出信號先有一個乘了系數(shù)K的階躍,之后則逐漸按斜坡形式增加,形式同比例和積分的加和是相同的.上升的斜率取決于時間常數(shù)RC，RC越小，上升速率越快。4、 慣性環(huán)節(jié) 由圖可以看出，慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)越大代表慣性越大。5、 比例微分環(huán)節(jié) 微分時間常數(shù)越小，微分作用越強烈，圖中表現(xiàn)為當輸入有了一個相應(yīng)后，更快地達到穩(wěn)定值。由于兩次測試的微分常數(shù)相等，所以動態(tài)特性相同，最后達到的穩(wěn)定值不同，這是由比例系數(shù)K的不同引起的。K=(R1+R2)/R0,最終的輸出穩(wěn)定時為輸入的K倍。6、 比例積分微分環(huán)節(jié) 對于理想的比例積分微分環(huán)節(jié)，在輸入躍變時，它的輸出響應(yīng)能夠以無限大的變化率在瞬間躍至 ，又在此瞬間下降至按某一比例Kp分配的電壓值，并立即按積分時間常數(shù)Ti規(guī)律線性增長。 而模擬比例積分微分環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)，在輸入躍變時只能以有限的變化率上升至運算放大的飽和