![實(shí)驗(yàn)(自動(dòng)控制部分)課件_第1頁](http://file4.renrendoc.com/view/e27f55ba1daef003fd59336d4560ba72/e27f55ba1daef003fd59336d4560ba721.gif)
![實(shí)驗(yàn)(自動(dòng)控制部分)課件_第2頁](http://file4.renrendoc.com/view/e27f55ba1daef003fd59336d4560ba72/e27f55ba1daef003fd59336d4560ba722.gif)
![實(shí)驗(yàn)(自動(dòng)控制部分)課件_第3頁](http://file4.renrendoc.com/view/e27f55ba1daef003fd59336d4560ba72/e27f55ba1daef003fd59336d4560ba723.gif)
![實(shí)驗(yàn)(自動(dòng)控制部分)課件_第4頁](http://file4.renrendoc.com/view/e27f55ba1daef003fd59336d4560ba72/e27f55ba1daef003fd59336d4560ba724.gif)
![實(shí)驗(yàn)(自動(dòng)控制部分)課件_第5頁](http://file4.renrendoc.com/view/e27f55ba1daef003fd59336d4560ba72/e27f55ba1daef003fd59336d4560ba725.gif)
版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主講人:榮軍E-mail:rj1219@163.com機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主講人:榮軍實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜げ⒄莆誘HBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及上位機(jī)軟件的使用方法。2.熟悉各典型環(huán)節(jié)的電路傳遞函數(shù)及其特性,掌握典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真研究。3.測(cè)量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線,了解參數(shù)變化對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的影響。實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)的電路模擬一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜げ⒄莆誘HBCC-二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2.PC機(jī)1臺(tái)(含上位機(jī)軟件)37針通信線1根
3.雙蹤慢掃描示波器1臺(tái)(可選)二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)并組建各典型環(huán)節(jié)的模擬電路;
2.測(cè)量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng),并研究參數(shù)變化對(duì)其輸出響應(yīng)的影響3.上位機(jī)界面上,填入各典型環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型的實(shí)際參數(shù),據(jù)此完成它們對(duì)階躍響應(yīng)的軟件仿真,并與模擬電路測(cè)試的結(jié)果相比較。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)并組建各典型環(huán)節(jié)的模擬電路;2.測(cè)量各四、實(shí)驗(yàn)原理自控系統(tǒng)是由比例、積分、慣性環(huán)節(jié)等按一定的關(guān)系連接而成。熟悉這些慣性環(huán)節(jié)對(duì)階躍輸入的響應(yīng),對(duì)分析線性系統(tǒng)將是十分有益。在附錄中介紹了典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、理論上的階躍響應(yīng)曲線和環(huán)節(jié)的模擬電路圖。四、實(shí)驗(yàn)原理自控系統(tǒng)是由比例、積分、慣性環(huán)節(jié)等按一定的五、實(shí)驗(yàn)步驟熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái),利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬電路單元,構(gòu)建所設(shè)計(jì)的(可參考本實(shí)驗(yàn)附錄)并連接各典型環(huán)節(jié)(包括比例、積分、比例積分、比例微分、比例積分微分以及慣性環(huán)節(jié))的模擬電路。待檢查電路接線無誤后,接通實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電源總開關(guān),并開啟±5V,±15V直流穩(wěn)壓電源。五、實(shí)驗(yàn)步驟熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái),利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬電路單元,2.對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)單元的運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零(令運(yùn)放各輸入端接地,調(diào)節(jié)調(diào)零電位器,使運(yùn)放輸出端為0V)
注意:積分、比例積分、比例積分微分實(shí)驗(yàn)中所用到的積分環(huán)節(jié)單元)不需要鎖零(令積分電容放電)時(shí),需將鎖零按鈕彈開,使用鎖零按扭時(shí)需要共地,則需要把信號(hào)發(fā)生器的地和電源地用導(dǎo)線相連。2.對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)單元的運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零(令運(yùn)放各輸注意:積3.測(cè)試各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng),并研究參數(shù)變化對(duì)輸出響應(yīng)的影響1)不用上位機(jī)時(shí),將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上“階躍信號(hào)發(fā)生器”單元的輸出端與相關(guān)電路的輸入端相連,選擇“正輸出”然后按下按鈕,產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)(用萬用表測(cè)試其輸出電壓,并調(diào)節(jié)電位器,使其輸出電壓為“1”V,用示波器x-t顯示模式觀測(cè)該電路的輸入與輸出曲線如果效果不好要做新做則只要按一下鎖零開關(guān)對(duì)電容放電,在重新做即可。3.測(cè)試各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng),并研究參數(shù)變化對(duì)輸2)用上位機(jī)時(shí),由上位機(jī)提供的虛擬示波器代替步驟1)中的慢掃描示波器。接線時(shí)還需要將該電路的輸出端與采集卡接口單元的輸入端AD1(也可選取其它任意輸入通道)相連(用雙通道時(shí)電路的輸出端還的和AD2相連),并接好采集卡接口單元與上位PC機(jī)的并口通訊線。待接線完成并檢查無誤后,上位機(jī)啟動(dòng)“THBCC-1”軟件,出現(xiàn)“登錄窗口”。具體操作步驟如下:2)用上位機(jī)時(shí),由上位機(jī)提供的虛擬示波器代替①用戶在“登錄窗口”中輸出自己的學(xué)號(hào),并點(diǎn)擊“登錄”按鈕(若是第一次登錄該軟件,則需點(diǎn)擊“注冊(cè)”按鈕進(jìn)行注冊(cè),即需按要求填入自己的“姓名”、“學(xué)號(hào)”、“系別”和“班級(jí)”)進(jìn)入軟件主窗口。②點(diǎn)擊工具欄上的“實(shí)驗(yàn)選擇”按鈕,選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。③點(diǎn)擊“通道設(shè)置”按鈕,選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集通道(單通道)或(雙通道),然后點(diǎn)擊“開始采集”按鈕,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。①用戶在“登錄窗口”中輸出自己的學(xué)號(hào),并點(diǎn)擊“登錄”②點(diǎn)④點(diǎn)擊“虛擬示波器”按鈕,首先選擇X-t顯示模式及相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示通道(同時(shí)需在“虛擬示波器”窗口右側(cè)點(diǎn)擊相應(yīng)的“顯示”按鈕),然后順序點(diǎn)擊“啟動(dòng)”、“開始”按鈕,(若是選擇雙通道則還要點(diǎn)Y-t顯示)在按下階越信號(hào)按扭即可觀測(cè)實(shí)驗(yàn)波形。同時(shí)還可改變示波器的顯示量程(ms或s/dim)及輸入波形的放大系數(shù),以便更清晰的觀測(cè)波形。⑤點(diǎn)擊“暫?!比缓簏c(diǎn)“存儲(chǔ)”按鈕,保存實(shí)驗(yàn)波形和數(shù)據(jù)。④點(diǎn)擊“虛擬示波器”按鈕,首先選擇X-t顯示模式及⑤點(diǎn)擊“4.點(diǎn)擊“仿真平臺(tái)”按鈕,根據(jù)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),在“傳遞函數(shù)”欄中填入該環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù),如比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為:則在“傳遞函數(shù)”欄的分子中填入“0.1,1”,分母中填入“0.1,0”即可,然后點(diǎn)擊“仿真”按鈕,即可觀測(cè)到該環(huán)節(jié)的仿真曲線,并可與電路模擬研究的結(jié)果相比較。4.點(diǎn)擊“仿真平臺(tái)”按鈕,根據(jù)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),在“傳注:仿真實(shí)驗(yàn)只針對(duì)傳遞函數(shù)的分子階數(shù)小于等于分母階數(shù)的情況,若分子階數(shù)大于分母階數(shù)(如含有微分項(xiàng)的傳遞函數(shù)),則不能進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),否則出錯(cuò)。5.點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”,根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)存儲(chǔ)的波形和數(shù)據(jù)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。注:仿真實(shí)驗(yàn)只針對(duì)傳遞函數(shù)的分子階數(shù)小于等于5六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.畫出各典型環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)電路圖,并注明參數(shù)。2.寫出各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。3.根據(jù)測(cè)得的典型環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線,分析參數(shù)變化對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響?六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.畫出各典型環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)電路圖,并注明參數(shù)。七、實(shí)驗(yàn)思考題1.用運(yùn)放模擬典型環(huán)節(jié)時(shí),其傳遞函數(shù)是在什么假設(shè)條件下近似導(dǎo)出的?2.積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)主要差別是什么?在什么條件下,慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為積分環(huán)節(jié)?而又在什么條件下,慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為比例環(huán)節(jié)?3.在積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)中,如何根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲線的波形,確定積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)?七、實(shí)驗(yàn)思考題1.用運(yùn)放模擬典型環(huán)節(jié)時(shí),其傳遞函數(shù)是在什么假八、附錄1.比例(P)環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其模擬電路(后級(jí)為反相器)和單位階躍響應(yīng)曲線分別如圖1-1所示。八、附錄1.比例(P)環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為其中K=通過改變電路中R1、R2的阻值,可改變放大系數(shù)。
,這里取R1=100K,R2=200K,R0=200K。圖1-1比例環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線其中K=通過改變電路中R1、R2的阻值,可改變放大系數(shù)。,積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:2.積分(I)環(huán)節(jié)其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-3所示圖1-2積分環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:2.積分(I)環(huán)節(jié)
其中T=RC,這里取C=10uF,R=100K,R0=200K。通過改變R、C的值可改變響應(yīng)曲線的上升斜率。3.比例積分(PI)環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其中T=RC,這里取C=10uF,R=100K其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-3所示其中
,T=R1C,這里取C=10uF,R1=100K,R2=100K,R0=200K。通過改變R2、
R1、C的值
比例積分環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和積分時(shí)間常數(shù)T。
可改變
圖1-3比例積分環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-3所示其中,T=R1C4.比例微分(PD)環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其中4.比例微分(PD)環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-4所示:
圖1-4比例微分環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線這里取C=1uF,R1=100K,R2=200K,R0=200K。通過改變R2、R1、C的值可改變比例微分環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和微分時(shí)間常數(shù)T。其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-4所示:圖1-4比例5.比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其中
(當(dāng)=2
=0.1,
=0.1時(shí))5.比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的傳其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-5所示圖1-5比例積分微分環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-5所示圖1-5比例積分其中C1=1uF,C2=1uF,R1=100K,R2=100K,R0=200K。通過改變R2、R1、C1、C2的值可改變比例積分微分環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K、微分時(shí)間常數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)
。其中C1=1uF,C2=1uF,R1=100K6.慣性環(huán)節(jié)
慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-6所示:其中
R2=100K,R0=200K。通過改變R2、R1、C的值可改變慣性環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和時(shí)間常數(shù)T。T=R2C,這里取C=1uF,R1=100K,6.慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其模擬電圖1-6慣性環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線圖1-6慣性環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線實(shí)驗(yàn)二線性定常系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握線性定常系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試方法;2.研究線性定常系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)其動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)二線性定常系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握線性二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2.PC機(jī)1臺(tái)(含上位機(jī)軟件)37針通信線1根3.雙蹤慢掃描示波器1臺(tái)(可選)二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.觀測(cè)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng),并測(cè)出其超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間;2.調(diào)節(jié)二階系統(tǒng)的開環(huán)增益K,使系統(tǒng)的阻尼比ζ=,測(cè)出此時(shí)系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間;3.研究三階系統(tǒng)的開環(huán)增益K,或一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)T的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響;4.由實(shí)驗(yàn)確定三階系統(tǒng)穩(wěn)定的臨界K值。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.觀測(cè)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng),并測(cè)出其超調(diào)量和2.四、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)是研究二階和三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。為了使二階系統(tǒng)的研究具有普遍性意義,通常把它的閉環(huán)傳遞函數(shù)寫如下的標(biāo)準(zhǔn)形式:式中ζ-系統(tǒng)的阻尼比ζ和所包含的內(nèi)容也是不同的。
-系統(tǒng)的無阻尼自然頻率。他們的ζ和
的內(nèi)容也是不同的。所包含四、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)是研究二階和三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益K,可使系統(tǒng)的阻尼比分別為:0<ζ<1,ζ=1和ζ>1三種。對(duì)應(yīng)于這三那種情況下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線,在實(shí)驗(yàn)中都能觀測(cè)到,他們分別為附錄中的圖2-3所示。
本實(shí)驗(yàn)中的三階系統(tǒng),其開環(huán)傳遞函數(shù)是由兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)積分環(huán)節(jié)相串連組成。由控制理論中的勞斯判據(jù)可知,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益K和某一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)T,都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能的明顯變化。
有關(guān)二階和三階系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模擬電路請(qǐng)參閱附錄。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益K,可使系統(tǒng)的阻尼比分別為:五、實(shí)驗(yàn)步驟1.利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的模擬電路單元,設(shè)計(jì)(具體可參考本實(shí)驗(yàn)附錄的圖2-2)一個(gè)由積分環(huán)節(jié)(積分環(huán)節(jié)鎖零端的使用請(qǐng)參考實(shí)驗(yàn)一的相關(guān)步驟)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)組成的二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路。待檢查電路接線無誤后,接通實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源總開關(guān),并開啟±5V,±15V直流穩(wěn)壓電源。2.利用示波器(慢掃描示波器或虛擬示波器)觀測(cè)二階模擬電路的階躍響應(yīng)特性,并測(cè)出其超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間。3.改變二階系統(tǒng)模擬電路的開環(huán)增益K,觀測(cè)當(dāng)阻尼比
為不同值時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。五、實(shí)驗(yàn)步驟1.利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的模擬電路單元,設(shè)計(jì)(具體可參4.利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上模擬電路單元,設(shè)計(jì)(具體可參考本實(shí)驗(yàn)附錄的圖2-5)一個(gè)由積分環(huán)節(jié)和兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的三階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路。5.利用示波器觀測(cè)三階模擬電路的階躍響應(yīng)特性,并測(cè)出其超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間。6.改變?nèi)A系統(tǒng)模擬電路的開環(huán)增益K,觀測(cè)增益K的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。7.利用上位機(jī)界面提供的軟件仿真功能,完成上述兩個(gè)典型線性定常系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能研究,并與模擬電路的研究結(jié)果相比較。4.利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上模擬電路單元,設(shè)計(jì)(具體可參考本實(shí)驗(yàn)附錄的
注意:以上實(shí)驗(yàn)步驟中的2、與5、的具體操作方法,請(qǐng)參閱“實(shí)驗(yàn)一”中的實(shí)驗(yàn)步驟3;實(shí)驗(yàn)步驟中7的具體操作方法,請(qǐng)參閱“實(shí)驗(yàn)一”中的實(shí)驗(yàn)步驟4。注意:以上實(shí)驗(yàn)步驟中的2、與5、的具體操作六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.根據(jù)附錄中的圖2-1和圖2-3畫出二階和三階線性定常系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路圖,寫出它們的閉環(huán)傳遞函數(shù),并標(biāo)明電路中的各參數(shù)。2.根據(jù)測(cè)得的系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線,分析開環(huán)增益K和時(shí)間常數(shù)T對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性的影響。3.設(shè)計(jì)一個(gè)一階線性定常閉環(huán)系統(tǒng),并根據(jù)系統(tǒng)的階躍輸入響應(yīng)確定該系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.根據(jù)附錄中的圖2-1和圖2-3畫出二階和七、實(shí)驗(yàn)思考題1.如果階躍輸入信號(hào)的幅值過大,會(huì)在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生什么后果?2.在電路模擬系統(tǒng)中,如何實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋和單位負(fù)反饋?3.為什么本實(shí)驗(yàn)中二階及三階系統(tǒng)對(duì)階躍輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差都為零?4.三階系統(tǒng)中,為使系統(tǒng)能穩(wěn)定工作,開環(huán)增益K應(yīng)適量取大還是取???系統(tǒng)中的小慣性環(huán)節(jié)和大慣性環(huán)節(jié)哪個(gè)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響大,為什么?七、實(shí)驗(yàn)思考題1.如果階躍輸入信號(hào)的幅值過大,會(huì)在實(shí)驗(yàn)中2.機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主講人:榮軍E-mail:rj1219@163.com機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主講人:榮軍實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜げ⒄莆誘HBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及上位機(jī)軟件的使用方法。2.熟悉各典型環(huán)節(jié)的電路傳遞函數(shù)及其特性,掌握典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真研究。3.測(cè)量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線,了解參數(shù)變化對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的影響。實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)的電路模擬一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜げ⒄莆誘HBCC-二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2.PC機(jī)1臺(tái)(含上位機(jī)軟件)37針通信線1根
3.雙蹤慢掃描示波器1臺(tái)(可選)二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)并組建各典型環(huán)節(jié)的模擬電路;
2.測(cè)量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng),并研究參數(shù)變化對(duì)其輸出響應(yīng)的影響3.上位機(jī)界面上,填入各典型環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型的實(shí)際參數(shù),據(jù)此完成它們對(duì)階躍響應(yīng)的軟件仿真,并與模擬電路測(cè)試的結(jié)果相比較。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)并組建各典型環(huán)節(jié)的模擬電路;2.測(cè)量各四、實(shí)驗(yàn)原理自控系統(tǒng)是由比例、積分、慣性環(huán)節(jié)等按一定的關(guān)系連接而成。熟悉這些慣性環(huán)節(jié)對(duì)階躍輸入的響應(yīng),對(duì)分析線性系統(tǒng)將是十分有益。在附錄中介紹了典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、理論上的階躍響應(yīng)曲線和環(huán)節(jié)的模擬電路圖。四、實(shí)驗(yàn)原理自控系統(tǒng)是由比例、積分、慣性環(huán)節(jié)等按一定的五、實(shí)驗(yàn)步驟熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái),利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬電路單元,構(gòu)建所設(shè)計(jì)的(可參考本實(shí)驗(yàn)附錄)并連接各典型環(huán)節(jié)(包括比例、積分、比例積分、比例微分、比例積分微分以及慣性環(huán)節(jié))的模擬電路。待檢查電路接線無誤后,接通實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電源總開關(guān),并開啟±5V,±15V直流穩(wěn)壓電源。五、實(shí)驗(yàn)步驟熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái),利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬電路單元,2.對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)單元的運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零(令運(yùn)放各輸入端接地,調(diào)節(jié)調(diào)零電位器,使運(yùn)放輸出端為0V)
注意:積分、比例積分、比例積分微分實(shí)驗(yàn)中所用到的積分環(huán)節(jié)單元)不需要鎖零(令積分電容放電)時(shí),需將鎖零按鈕彈開,使用鎖零按扭時(shí)需要共地,則需要把信號(hào)發(fā)生器的地和電源地用導(dǎo)線相連。2.對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)單元的運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零(令運(yùn)放各輸注意:積3.測(cè)試各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng),并研究參數(shù)變化對(duì)輸出響應(yīng)的影響1)不用上位機(jī)時(shí),將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上“階躍信號(hào)發(fā)生器”單元的輸出端與相關(guān)電路的輸入端相連,選擇“正輸出”然后按下按鈕,產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)(用萬用表測(cè)試其輸出電壓,并調(diào)節(jié)電位器,使其輸出電壓為“1”V,用示波器x-t顯示模式觀測(cè)該電路的輸入與輸出曲線如果效果不好要做新做則只要按一下鎖零開關(guān)對(duì)電容放電,在重新做即可。3.測(cè)試各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng),并研究參數(shù)變化對(duì)輸2)用上位機(jī)時(shí),由上位機(jī)提供的虛擬示波器代替步驟1)中的慢掃描示波器。接線時(shí)還需要將該電路的輸出端與采集卡接口單元的輸入端AD1(也可選取其它任意輸入通道)相連(用雙通道時(shí)電路的輸出端還的和AD2相連),并接好采集卡接口單元與上位PC機(jī)的并口通訊線。待接線完成并檢查無誤后,上位機(jī)啟動(dòng)“THBCC-1”軟件,出現(xiàn)“登錄窗口”。具體操作步驟如下:2)用上位機(jī)時(shí),由上位機(jī)提供的虛擬示波器代替①用戶在“登錄窗口”中輸出自己的學(xué)號(hào),并點(diǎn)擊“登錄”按鈕(若是第一次登錄該軟件,則需點(diǎn)擊“注冊(cè)”按鈕進(jìn)行注冊(cè),即需按要求填入自己的“姓名”、“學(xué)號(hào)”、“系別”和“班級(jí)”)進(jìn)入軟件主窗口。②點(diǎn)擊工具欄上的“實(shí)驗(yàn)選擇”按鈕,選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。③點(diǎn)擊“通道設(shè)置”按鈕,選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集通道(單通道)或(雙通道),然后點(diǎn)擊“開始采集”按鈕,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。①用戶在“登錄窗口”中輸出自己的學(xué)號(hào),并點(diǎn)擊“登錄”②點(diǎn)④點(diǎn)擊“虛擬示波器”按鈕,首先選擇X-t顯示模式及相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示通道(同時(shí)需在“虛擬示波器”窗口右側(cè)點(diǎn)擊相應(yīng)的“顯示”按鈕),然后順序點(diǎn)擊“啟動(dòng)”、“開始”按鈕,(若是選擇雙通道則還要點(diǎn)Y-t顯示)在按下階越信號(hào)按扭即可觀測(cè)實(shí)驗(yàn)波形。同時(shí)還可改變示波器的顯示量程(ms或s/dim)及輸入波形的放大系數(shù),以便更清晰的觀測(cè)波形。⑤點(diǎn)擊“暫?!比缓簏c(diǎn)“存儲(chǔ)”按鈕,保存實(shí)驗(yàn)波形和數(shù)據(jù)。④點(diǎn)擊“虛擬示波器”按鈕,首先選擇X-t顯示模式及⑤點(diǎn)擊“4.點(diǎn)擊“仿真平臺(tái)”按鈕,根據(jù)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),在“傳遞函數(shù)”欄中填入該環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù),如比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為:則在“傳遞函數(shù)”欄的分子中填入“0.1,1”,分母中填入“0.1,0”即可,然后點(diǎn)擊“仿真”按鈕,即可觀測(cè)到該環(huán)節(jié)的仿真曲線,并可與電路模擬研究的結(jié)果相比較。4.點(diǎn)擊“仿真平臺(tái)”按鈕,根據(jù)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),在“傳注:仿真實(shí)驗(yàn)只針對(duì)傳遞函數(shù)的分子階數(shù)小于等于分母階數(shù)的情況,若分子階數(shù)大于分母階數(shù)(如含有微分項(xiàng)的傳遞函數(shù)),則不能進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),否則出錯(cuò)。5.點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”,根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)存儲(chǔ)的波形和數(shù)據(jù)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。注:仿真實(shí)驗(yàn)只針對(duì)傳遞函數(shù)的分子階數(shù)小于等于5六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.畫出各典型環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)電路圖,并注明參數(shù)。2.寫出各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。3.根據(jù)測(cè)得的典型環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線,分析參數(shù)變化對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響?六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.畫出各典型環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)電路圖,并注明參數(shù)。七、實(shí)驗(yàn)思考題1.用運(yùn)放模擬典型環(huán)節(jié)時(shí),其傳遞函數(shù)是在什么假設(shè)條件下近似導(dǎo)出的?2.積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)主要差別是什么?在什么條件下,慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為積分環(huán)節(jié)?而又在什么條件下,慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為比例環(huán)節(jié)?3.在積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)中,如何根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲線的波形,確定積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)?七、實(shí)驗(yàn)思考題1.用運(yùn)放模擬典型環(huán)節(jié)時(shí),其傳遞函數(shù)是在什么假八、附錄1.比例(P)環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其模擬電路(后級(jí)為反相器)和單位階躍響應(yīng)曲線分別如圖1-1所示。八、附錄1.比例(P)環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為其中K=通過改變電路中R1、R2的阻值,可改變放大系數(shù)。
,這里取R1=100K,R2=200K,R0=200K。圖1-1比例環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線其中K=通過改變電路中R1、R2的阻值,可改變放大系數(shù)。,積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:2.積分(I)環(huán)節(jié)其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-3所示圖1-2積分環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:2.積分(I)環(huán)節(jié)
其中T=RC,這里取C=10uF,R=100K,R0=200K。通過改變R、C的值可改變響應(yīng)曲線的上升斜率。3.比例積分(PI)環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其中T=RC,這里取C=10uF,R=100K其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-3所示其中
,T=R1C,這里取C=10uF,R1=100K,R2=100K,R0=200K。通過改變R2、
R1、C的值
比例積分環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和積分時(shí)間常數(shù)T。
可改變
圖1-3比例積分環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-3所示其中,T=R1C4.比例微分(PD)環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其中4.比例微分(PD)環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-4所示:
圖1-4比例微分環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線這里取C=1uF,R1=100K,R2=200K,R0=200K。通過改變R2、R1、C的值可改變比例微分環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和微分時(shí)間常數(shù)T。其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-4所示:圖1-4比例5.比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其中
(當(dāng)=2
=0.1,
=0.1時(shí))5.比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的傳其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-5所示圖1-5比例積分微分環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-5所示圖1-5比例積分其中C1=1uF,C2=1uF,R1=100K,R2=100K,R0=200K。通過改變R2、R1、C1、C2的值可改變比例積分微分環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K、微分時(shí)間常數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)
。其中C1=1uF,C2=1uF,R1=100K6.慣性環(huán)節(jié)
慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其模擬電路和單位階躍響應(yīng)分別如圖1-6所示:其中
R2=100K,R0=200K。通過改變R2、R1、C的值可改變慣性環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和時(shí)間常數(shù)T。T=R2C,這里取C=1uF,R1=100K,6.慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為:其模擬電圖1-6慣性環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線圖1-6慣性環(huán)節(jié)的模擬電路圖和單位階躍響應(yīng)曲線實(shí)驗(yàn)二線性定常系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握線性定常系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試方法;2.研究線性定常系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)其動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)二線性定常系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握線性二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2.PC機(jī)1臺(tái)(含上位機(jī)軟件)37針通信線1根3.雙蹤慢掃描示波器1臺(tái)(可選)二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.觀測(cè)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng),并測(cè)出其超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間;2.調(diào)節(jié)二階系統(tǒng)的開環(huán)增益K,使系統(tǒng)的阻尼比ζ=,測(cè)出此時(shí)系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間;3.研究三階系統(tǒng)的開環(huán)增益K,或一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)T的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響;4.由實(shí)驗(yàn)確定三階系統(tǒng)穩(wěn)定的臨界K值。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.觀測(cè)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng),并測(cè)出其超調(diào)量和2.四、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)是研究二階和三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。為了使二階系統(tǒng)的研究具有普遍性意義,通常把它的閉環(huán)傳遞函數(shù)寫如下的標(biāo)準(zhǔn)形式:式中ζ-系統(tǒng)的阻尼比ζ和所包含的內(nèi)容也是不同的。
-系統(tǒng)的無阻尼自然頻率。他們的ζ和
的內(nèi)容也是不同的。所包含四、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)是研究二階和三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益K,可使系統(tǒng)的阻尼比分別為:0<ζ<1,ζ=1和ζ>1三種。對(duì)應(yīng)于這三那種情況下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線,在實(shí)驗(yàn)中都能觀測(cè)到,他們分別為附錄中的圖2-3所示。
本實(shí)驗(yàn)中的三
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 山西省2024七年級(jí)道德與法治上冊(cè)第二單元成長(zhǎng)的時(shí)空第四課幸福和睦的家庭情境基礎(chǔ)小練新人教版
- 2025年臨時(shí)租房協(xié)議考研范文(2篇)
- 2025年倉儲(chǔ)租賃合同例文(三篇)
- 游戲廳裝修工程協(xié)議
- 主題公園商鋪居間合同
- 體育館裝修施工合同協(xié)議書
- 鹽田古典聲學(xué)裝修施工方案
- 機(jī)場(chǎng)候機(jī)廳墻面裝修協(xié)議
- 木材短途運(yùn)輸協(xié)議
- 服裝店內(nèi)部裝修項(xiàng)目協(xié)議
- 父母贈(zèng)與協(xié)議書
- 2025節(jié)后復(fù)工安全工作重點(diǎn)(培訓(xùn)課件)
- 員工之愛崗敬業(yè)培訓(xùn)課件1
- 高校鑄牢中華民族共同體意識(shí)教育的路徑研究
- 《宗教與文化》課件
- 醫(yī)療機(jī)構(gòu)依法執(zhí)業(yè)自查管理辦法
- 《個(gè)人所得稅征管問題及對(duì)策研究》
- 2020-2024年五年高考?xì)v史真題分類匯編(全國(guó))專題14 中國(guó)古代史(非選擇題)(原卷版)
- JGJT46-2024《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》條文解讀
- 2022年云南省公務(wù)員錄用考試《申論》真題(縣鄉(xiāng)卷)及答案解析
- 大學(xué)輔導(dǎo)員崗位考核參考指標(biāo)
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論