實驗一 控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬實驗

1、實驗一控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬實驗一、實驗目的1、掌握控制系統(tǒng)中各典型環(huán)節(jié)的電路模擬及其參數(shù)的測定方法。2、測量典型環(huán)節(jié)的階躍響應曲線，了解參數(shù)變化對環(huán)節(jié)輸出性能的影響。二、實驗內容1、對表一所示各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)設計相應的模擬電路（參見表二）表一：典型環(huán)節(jié)的方塊圖及傳遞函數(shù)典型環(huán)節(jié)名稱比例（P）積分（I）比例積分（PI）傳遞函數(shù)Uo(s)=K q(s)Uo(s) 1U.(s) = TSUo(s)= K + 上U.(s) TS比例微分（PD）慣性環(huán)節(jié)（T）Uo(s) = K(1 + TS) U.(s)Uo(s) KU.(s) = TS + 1住=Kp + 工 + ts U.(s)卜 T.Sd比

2、例積分微分（PID）表二：典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖模擬電路圖各典型環(huán)節(jié)名稱比例(P)濯試點比例積分 (PI)比例微分 (PD)各典型環(huán)節(jié) 名稱模擬電路圖積分(I)慣性環(huán)節(jié)(T)測試貞測試點崎試點2、測試各典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號作用下的輸出響應。3、改變各典型環(huán)節(jié)的相關參數(shù)，觀測對輸出響應的影響。三、實驗內容及步驟1、觀測比例、積分、比例積分、比例微分和慣性環(huán)節(jié)的階躍響應曲線。準備：使運放處于工作狀態(tài)。將信號發(fā)生器單元U1的ST端與+5V端用“短路塊”短接，使模擬電路中的場效應管（3DJ6）夾斷，這時運放處于工作狀態(tài)。階躍信號的產(chǎn)生:電路可采用圖1-1所示電路，它由“階躍信號單元”（u3）及“給定單

3、元”（u4）組成。i學導鰻具體線路形成：在U3單元中，將與+5V端用1號實驗導線連接，H2端用1號實驗導 線接至U4單元的X端；在U4單元中，將Z端和GND端用1號實驗導線連接，最后由插座的Y 端輸出信號。以后實驗若再用階躍信號時，方法同上，不再贅述。實驗步驟：按表二中的各典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖將線接好（先接比例）。（PID先不接）將模擬電路輸入端（）與階躍信號的輸出端Y相連接；模擬電路的輸出端（Uo）接至示波器。按下按鈕（或松開按鈕）SP時，用示波器觀測輸出端的實際響應曲線Uo（t）,且將結果 記下。改變比例參數(shù)，重新觀測結果。同理得積分、比例積分、比例微分和慣性環(huán)節(jié)的實際響應曲線，它們的理想

4、曲線和實 際響應曲線參見表三。2、觀察PID環(huán)節(jié)的響應曲線。實驗步驟：將U1單元的周期性方波信號（U1單元的ST端改為與S端用短路塊短接，S11波段開 關置于“方波”檔，“OUT”端的輸出電壓即為方波信號電壓，信號周期由波段開關S11和電 位器W”調節(jié)，信號幅值由電位器w12調節(jié)。以信號幅值小、信號周期較長比較適宜）。參照表二中的PID模擬電路圖，按相關參數(shù)要求將PID電路連接好。將中產(chǎn)生的周期性方波信號加到PID環(huán)節(jié)的輸入端（），用示波器觀測PID輸出 端（Uo），改變電路參數(shù)，重新觀察并記錄。四、實驗思考題：1、為什么PI和PID在階躍信號作用下，輸出的終值為一常量？2、為什么PD和PID在單位階躍信號作用下，在t=0時的輸出為一有限值？表三:典型環(huán)艾 比例 慣性傳遞函數(shù)參數(shù)與模擬電路參數(shù)關系K=RoT=RCT=RoC單位階躍響應p o(t)=KM o(t) =K(1-e-t/T)M o(t) = ft理想階躍響應曲線Ro=250KR1=250KRo=250KRo=200K典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)參數(shù)與模擬電路參數(shù)關系單位階躍響應理想階躍響應曲線實測階躍響應曲 線K二R1RoT =Ro C1R RR1R2CR.+ R2200KRo=100KdSe-t/R3C理想：p o(t) =KT6 (t)+K 實測：p o(t) =R+R+ RR2R R理想：p o(t)= Td