典型环节的时域响应实验报告

电子科技大学中山学院学生实验报告

学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学号： 组别： 实验名称：典型环节的时域响应 实验时间： 成绩： 教师签名： 批改时间： 一、实验目的 1．熟悉并掌握TD-ACC+(或TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。 2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异分析原因。 3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验设备 PC机一台，TD-ACC（或TD-ACS）实验系统一套 三、实验原理及内容 以运算放大器为核心，由其不同的输入R-C网络和反馈R-C网络构成控制系统的各种典型环节，用数字存储示波器测量各环节的阶跃响应曲线。下面为各环节模拟电路图。 1.比例环节(P)传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K 2.积分环节(I)传递函数：Uo(s)/Ui(s)=1/TS 3.比例积分环节(PI) 传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K+1/TS 电子科技大学中山学院学生实验报告

学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学号： 组别： 实验名称：典型环节的时域响应 实验时间： 成绩： 教师签名： 批改时间： 4.惯性环节(T)传递函数： Uo(s)/Ui(s)=K/(TS+1) 5.比例微分环节(PD)传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K[(1+TS)/(1+τS)] 6.比例积分微分环节(PID)传递函数：Uo(s)/Ui(s)=Kp+1/TiS+TdS 四、实验步骤 1.按所列举的比例环节的模拟电路图将线连接好，检查无误后开启设备电源。 2.将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用短路块短接，。将开关设在方波档，分别调节调幅和调频电位器，使得“out”端输出的方波幅值为1V，周期为10S左右。 3.将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别检测模拟电路的输入Ui端和输出端Uo端，观测输出端的实际响应曲线Uo（t），记录实验波形及结果。 4.改变几组参数，重新观测结果。 5.用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节、比例积分微分环节的模拟电路图。观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。 电子科技大学中山学院学生实验报告

学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学号： 组别： 实验名称：典型环节的时域响应 实验时间：4月13号 成绩： 教师签名： 批改时间： 四、实验数据处理和结果分析 1、比例环节 (P) 当R0=200K，R1=100K时, 图形如下： （理想图） 2、积分环节（I） R0=200k、C=1uF时波形如下： （理想图） 3、 比例积分环节（PI） (1)R0=200k 、R1=200k、C=1uF时波形如下： （理想图） 电子科技大学中山学院学生实验报告

学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学号： 组别： 实验名称：典型环节的时域响应 实验时间：4月13号 成绩： 教师签名： 批改时间： 4、惯性环节（T） （1）R0=200k、R1=200k、C=1uF时波形如下： （理想图） 5、比例微分环节（PD） (1)R0=R2=100k,R3=10k,C=1uF,R1=100k时，波形如图： （理想图） 6、比例积分微分环节（PID） （1）R2=R3=10k、R0=100k、C1=C2=1uF、R1=100k时波形如下： （理想图） 电子科技大学中山学院学生实验报告

学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学号： 组别： 实验名称：典型环节的时域响应 实验时间：4月13号 成绩： 教师签名： 批改时间： 分析：在误差允许的情况下，输出的结果与理论值相符。误差的来源可能来自源于电阻，电容等实验器材的实际值与理论值的偏差。 1.比例环节中影响放大倍数的是R1与R0的比值，比值越大，放大倍数越大。 2.积分环节中影响因素为时间常数即R0与C的乘积，乘积越大，放大系数越小。 3.比例积分环节中时间常数依然由R0于C的乘积决定并且时间常数越大，放大系数越小，偏移量有R1与R0的比值决定，比值越大，偏移量越大。 4.惯性环节中的时间常数R0与C的乘积越大，输出信号与输入信号的延迟时间越长，稳态对应的放大倍数K由R1与R0的比值决定，比值越大稳态值与输入信号的幅值比值越大。 5.同样对于其他环节，影响因素主要由时间常数和放大系数决定。 五、实验思考题 1.一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节；在什么条件下可视为比例环节？ 答：在T>>1时可视为积分环节，在T→0时可视为比例环节 2.如何设置必要的约束条件，是比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化？ 答：由于比例积分环节:G(s)=C(s)/R(s)=-k(TdS+1)/(TS+1) 比例积分微分环节:G(s)=C(s)/R(s)=-k(TdS+1+1/TS)/(TS+1) 其中T=RC，如果RC很小，可将TS项忽略，此时参数计算的工作可以简化 3.如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？ 答：积分环节的时间常数T由输出曲线斜率的倒数确定，惯性环节的时间常数T等于曲线上升到稳态值的63.2%时的时间t。

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