实验一、典型环节及其阶跃响应.doc

实验一、典型环节及其阶跃响应一、实验目的1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法二、实验设备1. EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2．计算机一台三、实验原理1. 模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结 构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统再将输入信号加 到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得 到系统的动态响应曲线及性能指标若改变系统的参数，还可进一步分析研 究参数对系统性能的影响2. 时域性能指标的测量方法：超调量0 %：1） 启动计算机，在桌面双击图标［自动控制实验系统］运行软件2） 检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击 按 钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表 示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续 进行实验3） 连接被测量典型环节的模拟电路电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1 输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源4） 在实验项目的下拉列表中选择实验一［典型环节及其阶跃响应］5） 鼠标单击丄按钮，弹出实验课题参数设置对话框在参数设置对话框 中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结 果6） 用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调 量：b % — max *X 100%YT与T :PS利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达 95%稳态值所需的时间值，便可得到T与TPS四、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 1-1R1R2200K1—1=1—U2A/DlG（S）=—R2/R12.y 圉 i-i惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-23.4.R1图1-2U2A/D1积分环节的模拟电路及传递函数如图U2A/D1微分环节的模拟电路及传递函数如图 1-4圉1-31-3G（S）= — K/TS+1K=R2/R1， T=R2CG（S）=1/TST=RCG（S）= — RCS5. 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）Ul_D/A1R1 100KR2 1OOKU2A/D1G（S）= —K（TS+1）K=R2/R1， T=R2C图1-ER11；1 100KD"厂匚亠E2U2A/Dl6. 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五、实验步骤1.启动计算机，在桌面双击图标 ［自动控制实验系统］ 运行软件2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续如通信不正常查找 原因使通信正常后才可以继续进行实验比例环节3•连接被测量典型环节的模拟电路（图1-1）电路的输入U1接A/D、D/A卡 的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入检查无误后接通 电源4•在实验项目的下拉列表中选择实验一［一、典型环节及其阶跃响应］5. 鼠标单击丄按钮，弹出实验课题参数设置对话框在参数设置对话框中 设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果6. 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据7•记录波形及数据（由实验报告确定）惯性环节8•连接被测量典型环节的模拟电路（图1-2）电路的输入U1接A/D、D/A卡 的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入检查无误后接通 电源9. 实验步骤同4〜7积分环节10. 连接被测量典型环节的模拟电路（图 1-3）电路的输入 U1 接 A/D、 D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将积分电容两 端连在模拟开关上。

检查无误后接通电源11. 实验步骤同 4〜7微分环节12. 连接被测量典型环节的模拟电路（图 1-4）电路的输入 U1 接 A/D、 D/A 卡的 DA1 输出，电路的输出 U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1 输入检查无误后 接通电源13. 实验步骤同4〜7比例+积分环节14. 连接被测量典型环节的模拟电路（图 1-6）电路的输入 U1 接 A/D、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将积分电容连 在模拟开关上检查无误后接通电源15. 实验步骤同 4〜716. 测量系统的阶跃响应曲线，并记入上表六、实验结果一）数据表格参数阶跃响应曲线TS （秒）理论值实测值比例环节28.50X10-328.00X10-3R1=R2=惯性环节332.00X10-3336.00X10-3100K积分环节605.00X10-3608.00X10-3C=1uf微分环节54.00X10-356.00X10-3K=1比例+微分环节82.00X10-380.00X10-3T=0.1S比例+积分环节501.00X10-3504.00X10-3比例环节24.50X10-324.00X10-3R1=100K惯性环节825.00X10-3828.00X10-3R2=200K积分环节609.00X10-3608.00X10-3C=1uf微分环节57.00X10-356.00X10-3K=2比例+微分环节66.00X10-368.00X10-3T=1S比例+积分环节405.00X10-3408.00X10-3二）阶跃响应曲线1.比例环节参数设置：1 R1=100K R2=200K：R1=R2=100K：参数设置2．惯性环节R1=100K R2=200K：r□・Ar ■32L_ ■11 ■0 0-1\1 ■-9 L-・-3■■J ■-Ar ■-5.200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 2000.20.0-2-5X 时间轴坐标 Gns)： 1040.000000 Y 电压轴坐标(V) ： -4.794117X时间轴坐标Gns): 732.000000 Y电压釉坐标(V): -2.7647060. 00 |K1-K2|: 336. 000. 00 |Y1-Y2| : 1. 00B 阳单游标 时间(砒) K1: 336. 00 X2:「双游标 电圧W) Y1： -1.00 Y2:3.积分环节0.00 |K1-K2|0.00 |Y1-Y2|200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 2000.828. 002. 00测］O'单游标时间(ms) R1=R2=100K：标电压 N)K1: 828.00 K2:Y1: -2.00 Y2:R=100K C=1uF：5.A.3.2.1.0.0-1.-2.-3.-4.-5..|PX\\\\\\200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 2000.^微：J2ZL：R=1分环节)ok C=0SiufM®)XI:Yl:608.00 X2:-4. 97 Y2:0. 00 |X1-X2|: 608. 000. 00 |Y1-Y2|: 4. 97X 时间轴坐标 Gns)： 672. OOOOOOY电压轴坐标(V): -3.5882355. 例+微分环节R1=R2=100K：xJ・Ar ■32匚■1■ ■n 0u ■ u-1.-2厂匚■-3」■-dr ■-F.200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 2000.00；RK： (ms) KIK：W) Y1X 时间釉坐标(ms): 1148.000000 Y 电压轴坐标(V): -4.9705880. 00 |K1-K2|0. 00 |Y1-Y2|80.00 K2:-1.03 Y2:80. 001. 03-5. 11200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 2000.'•蘭例+积分 时间g) XIR1=R2=100K：标 电压 W) Y168. 00 X2:-2. 03 Y2:0.00 |K1-X2|。