自动控制原理实验报告

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1.2.1典型线性环节的研究
1.实验目的
学习典型线性环节的模拟方法;
研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。2.实验预习要点
自行设计典型环节电路。
选择好必要的参数值,计算出相应数值,预测出所要观察波形的特点,与实验结果比较。3.实验设备
计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。4.实验内容
熟悉自动控制原理辅助开发系统和实验箱,完成如下内容。比例环节
1-18比例环节阶跃响应
kp
RfRi
Ri1M,Rf510k(kp0.5Ri1M,Rf1M,(kp1
Ri500k,Rf1M(kp2时的阶跃响应。
1Kp=0.5;输入3.6753V,输出—1.8377V2Kp=1;输入3.6753V,输出3.6753V
3Kp=2;输入3.6753V,输出7.3506V积分环节
1-19积分环节阶跃响应
TiRiCf

Ri1M,Ci1(Ti1sRi1M,Ci4.7(Ti4.7s
Ri1M,Ci10(Ti10.0s时的阶跃响应曲线。
1Ti=1s2Ti=4.7s3Ti=10.0s比例积分环节
1-20比例积分环节阶跃响应
Kp
RfRi
,TiRfCfRiRf1M,Cf4.7(kp1,Ti4.7s
RiRf1M,Ci10(kp1,Ti10sRi2M,Rf1M,Ci4.7(kp0.5,Ti4.7s时的阶跃响应
曲线。
1kp=1,Ti=4.7s2kp=1,Ti=10s3kp=5,Ti=4.7s
比例微分环节
1-21比例微分环节阶跃响应


kp
RfR1
Ri

Td
R1R2R1RfR2Rf
R1Rf
,TfR2C

RiRfR1R21M,C0.01(kp2,Td0.015sRi2M,RfR1R21M,C0.01(kp1,Td0.015s
Ri2M,RfR1R21M,C0.47(kp1,Td0.0705s时的阶跃响应曲线。
1kp2,Td0.015s2kp1,Td0.015s3kp1,Td0.0705s比例微分积分环节
1-22比例微分积分环节阶跃响应


kp
RfR1
Ri

R1R2C
RiCf

TiRfR1CfR1R2C

TfR2C

Td
R
RR
1f
R1CfR1R2C
2
R1RfR2Rf

求取Ri4MRfR1R21MCCf0.047(kp1时的阶跃
响应曲线。
一阶惯性环节
1-23一阶惯性环节阶跃响应
k
RfRi
TRfCfRiRf1M,Cf0.01(k1,T0.01s
RiRf1M,Cf0.047(k1,T0.047sRi510k,Rf1M,Cf0.47(k2,T0.47s时的阶
跃响应曲线。
1k1,T0.01s2k1,T0.47s3k2,T0.47s5.思考题
设计一个能满足e1+e2+e3=e运算关系的实用加法器。
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?
如何设置必要的约束条件,使比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化?
1.2.2二阶系统的阶跃响应和线性系统的稳定性研究
1.实验目的
学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法;

研究二阶系统的两个重要参数,n对阶跃瞬态响应指标的影响;研究线性系统的开环比例系数K对稳定性的影响;研究线性系统的时间常数T对稳定性的影响。2.实验预习要点
自行设计二阶系统电路。
选择好必要的参数值,计算出相应的阶跃响应数值,预测出所要观察波形的特点,与实验结果比较。3.实验设备
计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。4.实验内容
典型二阶系统方块图和实现电路如图1-24所示。
1-24二阶系统
闭环传递函数如下:
nCs1
2T是时间常数)n
Rss2nsn2T
2
各运算放大器运算功能:OP1,积分,
1,TRCTS1
,TRCTS
OP2,积分,
OP9,反相,-1OP6,反相比例,k,k

310010
Rf
可以得到:5.实验步骤
调整Rf4010,使k0.40.2,取R1.0106C0.47,使T=0.47sn加入单位阶跃扰动r(t1V(t,记录响应曲线c(t,记作[1]
保持0.2不变,单位阶跃扰动r(t1V(t不变,取R1.0106C1.47,使T=1.47s
3
1
0.47
n
1
,记录响应曲线c(t,记作[2]1.47
6
保持0.2不变,单位阶跃扰动r(t1R1.010C1.0,使T=1.0sV(t不变,n记录响应曲线c(t,记作[3]
保持n
1
1.0
1
不变,单位阶跃扰动r(t1V(t不变,取Rf80103,使k=0.80.4,记录响应1.0
曲线c(t,记作[4]

保持n
1
不变,单位阶跃扰动r(t1V(t不变,取Rf200103,使k=2.01.0,记录响1.0
应曲线c(t,记作[5]
要求:将曲线[1][2][3]进行对比,[3][4][5]进行对比,[3]中的%,ts和理论值进行比较。并讨论。1k=0.4w=1/0.47,s=0.2(2C=1.47u3C=1.0u4Rf=80k5Rf=200k
6.三阶系统稳定性分析
三阶系统的方框图和模拟电路如图1-25所示。
1-25三阶系统
1106110666
KKKKK12图中,T110C,T110Cf2K2K1231f1233
Ri310010WR
T31106Cf3
7.实验步骤
求取系统的临界开环比例系数KC,其中:Cf1=Cf2=Cf3=0.47uRi3=1M。实验求取方法:
先将电位器WR置于最大(470K加入r=0.5V的阶跃扰动;
调整WR使系统输出c(t呈等幅振荡。t=5s/cm,y=0.5V/cm保持WR不变,断开反馈线,维持r=0.5V的扰动,测取系统输出电压Uc,KC系统的开环比例系数K对稳定性的影响
适当调整WR,观察K增大、减小时,系统的响应曲线;记录当K=0.5Kc时的系统响应曲线(t=5s/cm,y=100mV/cm记录当K=1.25Kc时的系统响应曲线(t=5s/cm,y=0.5V/cm1)等幅振荡1)有反馈2)无反馈2K=0.5Kc开环闭环
3K=1.25Kc开环闭环8.思考题
若模拟实验中ct)的稳态值不等于阶跃输入函数rt)的幅度,主要原因可能是什么?
计算三阶系数的临界开环比例系数Kc及其呈现等幅振荡的自振频率,并将它们与实验结果比较。
UcX

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/13f21def03020740be1e650e52ea551811a6c9ef.html

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