自控实验 典型环节的模拟研究 - 图文

自动控制原理实验报告

实验题目 典型环节的模拟研究

姓名： 刘墉 班级： 电气 2班 学号： 0000000000 指导老师： 刘罗锅 同组学生： 时间： 2013-5-18

一、实验目的

1．学习典型线性环节的模拟方法。

2．定性了解各参数变化对典型环节动特性的影响。 3．熟悉各种典型环节的输出响应曲线。 二、实验内容

构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 1. 比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。

G（S）= ?R2/R1

2. 惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。

G（S）= ? K/TS+1 K=R2/R1，T=R2C

3. 积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。

G（S）=-1/TS T=RC

1

自动控制原理实验报告

4. 微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。

G（S）= ? RCS

5. 比例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5（未标明的C=0.01uf）。

G（S）= ?K（TS+1） K=R2/R1，T=R1C

6.比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。

G（S）=-K（1+1/TS） K=R2/R1，T=R2C

三、实验报告

1. 利用EWB软件搭建如图所示电路（相当于在实验箱上搭建模拟电路）；

2. 测量系统的阶跃（建议使用一个长周期的方波代替阶跃信号）响应曲线，并记入表中。

观察改变电路初始条件（如电容初始电压等）对系统响应曲线的影响。

3. 根据电路计算起传递函数（要求写出详细过程），并利用Matlab软件进行仿真，记录

其阶跃响应。

4. 比较EWB仿真与matlab仿真曲线的异同点。 四、思考题

1. 一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节？

2

自动控制原理实验报告

参数 环节 EWB仿真 阶跃响应曲线 Matlab仿真 以上为反相图，正相图如下 R1=100K R2=100K C=1uf 比例环节 3

自动控制原理实验报告

惯性 环节以上为反相图，正相图如下 4 自动控制原理实验报告

积分环节 以上为反相图，正相图如下 5

自动控制原理实验报告

微分环节 以上为反相图，正相图如下 6

自动控制原理实验报告

比例+以上为反相图，正相图如下 微 分 环 节 7

自动控制原理实验报告

比例+ 积分环节 以上为反相图，正相图如下 8 自动控制原理实验报告

根据电路计算起传递函数

比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。

G（S）= ?R2/R1

所以 G（S）=Ui/Uo= ?R2/R1 代入数值得： G(S)=-1 Matlab代码： sys=tf([1],[-1]); step(sys)

惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。

G（S）= ? K/TS+1 K=R2/R1，T=R2C

代入数值得： K=1，T=10^5*10^（-6）=0.1 G（s）=-1/（0.1s+1） Matlab代码： sys=tf([-1],[0.1 1]); step(sys)

9

自动控制原理实验报告

积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。

G（S）=-1/TS T=RC

代入数值得： T=10^5*10^（-6）=0.1 G(S)=-1/（0.1s） Matlab代码： sys=tf([-1],[0.1 0]); step(sys)

10

自动控制原理实验报告

微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。

G（S）= ? RCS

代入数值得： G(S)=-0.1/（0.001s+1） Matlab代码：

sys=tf([-0.1 -1],[0.001 1]); step(sys)

比例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5（未标明的C=0.01uf）。

G（S）= ?K（TS+1） K=R2/R1，T=R2C

11

自动控制原理实验报告

代入数据的： G(S)=-(0.1S+1)/(0,.001S+1) Matlab代码： sys=tf([0.1 1],[0.001 1]); step(sys)

比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。

G（S）=K（1+1/TS） K=R2/R1，T=R2C

所以有 G(S)=-R2/R1(1+1/R2CS)=-K(1+1/TS) T=R2C, K=R2/R1 代入数据的： G(S)=-(1+1/0.1s) Matlab代码：

sys=tf([-0.1 1],[0.1 0]); step(sys)

12

自动控制原理实验报告

比较multisim仿真与matlab仿真曲线的异同点。

答：

相同点：两个软件的仿真曲线在大体的趋势走向是一致的，都能够直接清晰的看出曲线的走向。 相异点：

Multisim：曲线不是非常稳定平滑的，会出现一些跳变或者谐波信号，特别是在阶跃跳变的曲线转折那个阶段有非常明显的谐波的出现，之后逐渐稳定，谐波信号没有那么明显，但是还存在。

优点：①是不光能看到信号从发生到完成这中间的过程，还能看到之后的信号曲线变化情况； ②能够看到整个信号变化过程环节。比如微分和比例微分环节，跳变并不是一开始就有的，能够从Multisim图中，看到是信号经过几十毫秒之后才开始变化。这种情况在matlab图中都是从0处开始变化。

缺点：①图上没有标明时间坐标横轴和振幅纵轴的刻度

②采用不同的阶跃输入方式，（比如直接采用阶跃函数，方波延长周期做阶跃函数，用函数发生器发生）其他电路图虽然一样，但是示波器所显示出来的结果可能会有一些不同。不如matlab仿真出来的结果稳定。

Matlab：曲线平稳，比较Multisim的曲线光滑。能够清晰直接看出整个传递函数的曲线走向，微分和比例微分的两个曲线比较相似，只是斜率和曲率不一样，同样的积分和比例积分也是一样。只要传递函数确定了，每次仿真出来的曲线基本不变。 优点：图上标有坐标刻度，方便看图和读取。

缺点就是只把阶跃信号发生到完全完成这一个过程的曲线，稳定之后的曲线没有。

思考题

一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节？

答：在一阶惯性环节，在当时间函数的常数T，当T的值为很大的时候，即当T远远大于1的情况下，可以将惯性环节视为积分环节。

因为从图中可以看出，惯性环节和积分环节的曲线走向是相近的，都是，积分环节近似一条直线。惯性环节在开始的时候是类似抛物线的，但是随着时间T的变长，惯性环节也逐渐的

13

自动控制原理实验报告

近似为直线，可视为积分环节。

14

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/a4kw.html