實(shí)驗(yàn)一 控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、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(cè)定方法。2、測(cè)量典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，了解參數(shù)變化對(duì)環(huán)節(jié)輸出性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、對(duì)表一所示各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的模擬電路（參見(jiàn)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(chēng)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(chēng)比例(P)濯試點(diǎn)比例積分 (PI)比例微分 (PD)各典型環(huán)節(jié) 名稱(chēng)模擬電路圖積分(I)慣性環(huán)節(jié)(T)測(cè)試貞測(cè)試點(diǎn)崎試點(diǎn)2、測(cè)試各典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號(hào)作用下的輸出響應(yīng)。3、改變各典型環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)，觀測(cè)對(duì)輸出響應(yīng)的影響。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、觀測(cè)比例、積分、比例積分、比例微分和慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。準(zhǔn)備：使運(yùn)放處于工作狀態(tài)。將信號(hào)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(chǎng)效應(yīng)管（3DJ6）夾斷，這時(shí)運(yùn)放處于工作狀態(tài)。階躍信號(hào)的產(chǎn)生:電路可采用圖1-1所示電路，它由“階躍信號(hào)單元”（u3）及“給定單

3、元”（u4）組成。i學(xué)導(dǎo)鰻具體線路形成：在U3單元中，將與+5V端用1號(hào)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線連接，H2端用1號(hào)實(shí)驗(yàn)導(dǎo) 線接至U4單元的X端；在U4單元中，將Z端和GND端用1號(hào)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線連接，最后由插座的Y 端輸出信號(hào)。以后實(shí)驗(yàn)若再用階躍信號(hào)時(shí)，方法同上，不再贅述。實(shí)驗(yàn)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(hào)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(kāi)按鈕）SP時(shí)，用示波器觀測(cè)輸出端的實(shí)際響應(yīng)曲線Uo（t）,且將結(jié)果 記下。改變比例參數(shù)，重新觀測(cè)結(jié)果。同理得積分、比例積分、比例微分和慣性環(huán)節(jié)的實(shí)際響應(yīng)曲線，它們的理想

4、曲線和實(shí) 際響應(yīng)曲線參見(jiàn)表三。2、觀察PID環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)步驟：將U1單元的周期性方波信號(hào)（U1單元的ST端改為與S端用短路塊短接，S11波段開(kāi) 關(guān)置于“方波”檔，“OUT”端的輸出電壓即為方波信號(hào)電壓，信號(hào)周期由波段開(kāi)關(guān)S11和電 位器W”調(diào)節(jié)，信號(hào)幅值由電位器w12調(diào)節(jié)。以信號(hào)幅值小、信號(hào)周期較長(zhǎng)比較適宜）。參照表二中的PID模擬電路圖，按相關(guān)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(hào)加到PID環(huán)節(jié)的輸入端（），用示波器觀測(cè)PID輸出 端（Uo），改變電路參數(shù)，重新觀察并記錄。四、實(shí)驗(yàn)思考題：1、為什么PI和PID在階躍信號(hào)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(hào)作用下，在t=0時(shí)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(guān)系K=RoT=RCT=RoC單位階躍響應(yīng)p o(t)=KM o(t) =K(1-e-t/T)M o(t) = ft理想階躍響應(yīng)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(guān)系單位階躍響應(yīng)理想階躍響應(yīng)曲線實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲 線K二R1RoT =Ro C1R RR1R2CR.+ R2200KRo=100KdSe-t/R3C理想：p o(t) =KT6 (t)+K 實(shí)測(cè)：p o(t) =R+R+ RR2R R理想：p o(t)= Td