自控实验报告一 典型环节的时域响应讲解.docx

实验一 典型环节的时域响应一、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 下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解1．比例环节 (P) (1) 方框图：如图 1.1-1 所示2) 传递函数：Uo(s)Ui(s)=K(3) 阶跃响应：Uot=K t≥0 其中 K=R1Ro(4) 模拟电路图：如图 1.1-2 所示注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了 100K 的电阻，实验中不需要再接以后 的实验中用到的运放也如此5) 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取 R0 = 200K；R1 = 100K② 取 R0 = 200K；R1 = 200K2．积分环节 (I) (1) 方框图：如右图 1.1-3 所示2) 传递函数：Uo(s)Ui(s)=1TS (3) 阶跃响应：Uot=1Tt t≥0 其中 T=R0C(4) 模拟电路图：如图 1.1-4 所示。

5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取 R0 = 200K；C = 1uF② 取 R0 = 200K；C = 2uF3．比例积分环节 (PI) (1) 方框图：如图 1.1-5 所示2) 传递函数：Uo(s)Ui(s)=k+1TS(3) 阶跃响应：Uot=k+1Tt t≥0 其中 K=R1Ro T=R0C(4) 模拟电路图：如图 1.1-6 所示5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取 R0 = R1 = 200K；C = 1uF② 取 R0=R1=200K；C=2uF4．惯性环节 (T) (1) 方框图：如图 1.1-7 所示2) 传递函数：Uo(s)Ui(s)=KTS(3) 模拟电路图：如图 1.1-8 所示4) 阶跃响应：U0t=K1-e-tT , 其中 K=R1Ro T=R1C(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取 R0=R1=200K；C=1uF② 取 R0=R1=200K；C=2uF5．比例微分环节 (PD) (1) 方框图：如图 1.1-9 所示2) 传递函数：Uo(s)Ui(s)=ｋ(1+TS1+τS)(3) 阶跃响应：U0t=KTδt+K其中K=R1+R2R0,T=R1R2R1+R2+ R3C， τ=R3C, d(t) 为单位脉冲函数，这是一个面 积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。

4)模拟电路图：如图 1.1-10 所示5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取 R0 = R2 = 100K，R3 = 10K，C = 1uF；R1 = 100K② 取 R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K6．比例积分微分环节 (PID) (1) 方框图：如图 1.1-11 所示2) 传递函数：u0(s)ui(s)=kp+1Tis+Tds(3)阶跃响应：U0t=Tdδt+Kp+1Tit其中δt为单位脉冲函数，Kp=R1Ro;Ti=RoC1;Td=R1R2C2R0(4) 模拟电路图：如图 1.1-12 所示5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取 R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 100K② 取 R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 200K四、实验步骤 　1. 按 1.1.3 节中所列举的比例环节的模拟电路图将线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”短接由于每个运放单元均 设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。

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”表笔分别监测 模拟电路的输入 Ui 端和输出 U0 端，观测输出端的实际响应曲线 U0(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、惯性环节和比例积分 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五、实验总结　　通过本实验，了解了典型环节的动态特性，了解它们的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。