《自动控制原理.doc

《自动控制原理》
实验指导书
适用专业:测控技术与仪器
生产过程自动化技术
辽宁科技学院仪表教研室
目录
实验一一阶系统的时域性能指标的研究 1
实验二一阶系统的阶跃响应分析 4
实验三二阶系统的时域性能指标的研究 6
实验四典型环节的频率特性的测试 9
实验五系统的稳定性分析 12
实验六三阶系统的串联校正 14
实验一一阶系统的时域性能指标的研究
实验性质:验证性
实验学时:2
每组人数:1
开出要求:必做
一、预习内容:
掌握一阶系统的数学模型和阶跃响应的特点,熟练计算一阶系统的性能指标和结构参数,特别是一阶系统由阶跃响应曲线来读取性能指标。
二、实验目的:
学习一阶系统中比例、积分和惯性环节的模拟方法和参数测定的方法。
通过仿真观察上述三个典型环节阶跃响应曲线,了解参数变化对系统动态特性的影响。
三、基本原理:
一阶系统的单位阶跃响应曲线是一条由零开始的,按指数规律上升并最终趋于1的曲线。其响应曲线具有非振荡的特征,又称为非周期响应。由于一阶系统的阶跃响应没有超调,所以其性能指标主要是调节时间,它表示系统过渡过程的快慢。
四、实验设备:
PC机一台(含Windows98操作系统)、EWB仿真软件一套。
五、实验内容:
比例环节:
微分方程:C(t)=Kr(t)
传递函数:C(s)/R(s)=K
模拟线路如图1所示。
由于输入信号r(t)是从运算放大器的反向端输入,输出信号与输入信号在相位上正好相反,传递函数中出现了负号。从输入端加入阶跃信号,改变电阻R2观测不同的比例系数K时输出的波形并记录。
积分环节:
微分方程:
传递函数:
模拟线路如图2所示。
改变电阻R1和电容C的大小,可得到不同的积分时间常数T,输入阶跃信号,观测T=1s、,并记录结果。
3、惯性环节:
微分方程:
传递函数:
模拟线路如图3所示。
从输入端加入阶跃信号,保持K= R2/ R1不变,分别观测T= R2C=1s、。保持T=1s不变,分别观测K=1、2时输出的波形并记录。
六、实验步骤:
比例环节:
进入EWB界面按图1连接好实验电路图。
将输入的阶跃信号设为1V,依次改变R2为50KΩ、100 KΩ、200 KΩ、500 KΩ,观测系统的响应曲线,分别记录响应曲线的形状。
积分环节:
进入EWB界面按图2连接好实验电路图,取R0= R1=100 KΩ。
观测C=1μF和C=10μF时的输出波形。
记录在不同积分时间下的波形,求出夹角θ及T。
惯性环节:
进入EWB界面按图3连接好实验电路图,取R0= R1=100 KΩ,K= R2/ R1,T= R2C
保持K=1不变,分别测出T==1s时输出波形。
保持T=1s不变,分别测出K=1、2 时的波形。
数据处理及分析。
七、实验报告要求:
画出实验线路记录原始数据、测试数据及输出响应曲线。
对实验中出现的现象进行讨论,对内容3从绘制的阶跃响应曲线上求出K、T,并与理论计算值比较。
实验二一阶系统的阶跃响应分析
实验性质:验证性
实验学时:2
每组人数:1
开出要求:必做
一、实验目的:
掌握有源网络典型环节的结构形式。
观察分析一阶系统在阶跃输入信号作用下的输出响应。
加强对控制系统瞬态过程的认识。
进一步了解典型环节参数变化时对系统阶跃响应性能指标的影响。
二、实验原理:
利用运算放大器和各种电子元件,模拟一阶系统的典型环节。
模拟一阶系统中惯性环节的电路原理图,如图1所示。
三、实验设备:
PC机一台(含Windows98操作系统)、EWB仿真软件一套。
四、实验步骤:
进入EWB界面按图1连接好实验电路图,电阻元件的取值按图中标示值选取。
将阶跃信号发生器的输出端与模拟电路的输入端相连。
将模拟信号的输出端连接到示波器上观察输出曲线。
按实验报告记录表上的要求,对电容元件选取不同的值,测量不同的系统参数下系统的输出响应在各时间点上的输出值。
五、实验报告要求;
实验记录:把实验结果记录到表1中。
表1 一阶系统阶跃响应曲线在各时间点上的输出值
实验参数
时间/ms
T
2T
3T
4T
5T
R1=200KΩC=1μF
输出/V
R1=200KΩC=2μF
输出/V
实验结果分析:对测量结果进行分析,总结一阶系统在不同参数下阶跃响应曲线的变化规律。
六、思考题:
由运算放大器组成的典型环节是在什么条件下得到的?
惯性环节在什么条件下可近似为比例环节?在什么条件下可近似为积分环节?
如何在惯性环节、积分环节的阶跃响应曲线上求各自的时间常