南昌大学实验报告

学生姓名：黄佐财  学    号：  6100308118 专业班级：电力系统082班

实验类型：■ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新   实验日期：             实验成绩：        

一、实验项目名称：典型环节的模拟研究

二、实验要求

1．  了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式

2．  观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响

三、主要仪器设备及耗材

       1．计算机一台（Windows XP操作系统）

2．AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套

3．LabACT6_08软件一套

四、实验内容和步骤

1)．观察比例环节的阶跃响应曲线

典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示

（1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’ 和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）：

B1单元中电位器的左边K3 开关拨下（GND），右边K4 开关拨下（0/+5V阶跃）。阶跃信号输出（B1的Y 测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9 灯亮，调节电位器，用万用表测量Y 测孔）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线。

（3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。时间量程选‘×1’档）

① 打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），用示波器观测A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。② 改变比例系数（改变运算模拟单元A1 的反馈电阻R1），重新观测结果，填入实验报告。

2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线

典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。

（1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’ 和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）：

B1单元中电位器的左边K3 开关拨下（GND），右边K4 开关拨下（0/+5V阶跃）。阶跃信号输出（B1的 Y 测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9 灯亮，调节电位器，用万用表测量Y 测孔）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及测孔联线。

（3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。时间量程选‘×1’档）

① 打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo），按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+4V阶跃），等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到4V（输入）×0.632处，，得到与惯性的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。② 改变时间常数及比例系数（分别改变运算模拟单元A1 的反馈电阻R1 和反馈电容C），重新观测结果，填入实验报告。

3)．观察积分环节的阶跃响应曲线

典型积分环节模拟电路如图3-1-5 所示。

（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），代替信号发生器（B1）

中的人工阶跃输出作为系统的信号输入（Ui）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度1 秒左右（D1 单元左显示）。③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 1V（D1单元右显示）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-5安置短路套及测孔联线。

（3）运行、观察、记录：（注：CH1 选‘×1’档。时间量程选‘×1’档）

① 打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo），调节调宽电位器使宽度从0.3秒开始调到积分输出在虚拟示波器顶端（即积分输出电压接近+5V）为止。②等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V 处，再移动另一根横游标到ΔV=1V（与输入相等）处，得到与积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。③ 改变时间常数（分别改变运算模拟单元A1 的输入电阻Ro和反馈电容C），重新观测结果，填入实验报告。

（3）运行、观察、记录：（注：CH1 选‘×1’档。时间量程选‘×1’档）

① 打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo），调节调宽电位器使宽度从0.3

秒开始调到积分输出在虚拟示波器顶端（即积分输出电压接近+5V）为止。②等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V 处，再移动另一根横游标到ΔV=1V（与输入相等）处，得到与积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。③ 改变时间常数（分别改变运算模拟单元A1 的输入电阻Ro和反馈电容C），重新观测结果，填入实验报告。（可将运算模拟单元A1 的输入电阻的短路套（S4）去掉，将可变元件库（A11）中的可变电阻跨接到A1 单元的H1 和IN 测孔上，调整可变电阻继续实验。

4)．观察比例积分环节的阶跃响应曲线

典型比例积分环节模拟电路如图3-1-8所示.。

（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的人工阶跃输出作为系统的信号输入（Ui）；该信号为零输出时将自动对模拟电路锁零。

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度1 秒秒左右（D1单元左显示）。③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 1V（D1 单元右显示）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-8安置短路套及测孔联线。

（3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。时间量程调选‘×1’档）

① 打开虚拟示波器的单迹界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo）。② 待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到1V（与输入相等）处，再移动另一根横游标到ΔV=Kp×输入电压处，得到与积分曲线的两个交点。③ 再分别移动示波器两根纵游标到积分曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。④ 改变时间常数及比例系数（分别改变运算模拟单元A5 的输入电阻Ro和反馈电容C），重新观测结果，填入实验报告。

5)．观察比例微分环节的阶跃响应曲线

典型比例微分环节模拟电路如图3-1-9所示。

（1）将函数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R。（连续的正输出宽度足够大的阶跃信号)

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度1 秒左右（D1 单元左显示）。③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 0.5V（D1单元右显示）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-9安置短路套及测孔联线。

（3）运行、观察、记录： CH1 选‘×1’档。时间量程选‘／4’

档。① 打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测系统的A6 输出端（Uo），响应曲线见图3-1-10。等待完整波形出来后，把最高端电压（4.77V）减去稳态输出电压（0.5V），然后乘0.632，得到ΔV=2.7V。② 移动虚拟示波器两根横游标，从最高端开始到ΔV=2.7V 处为止，得到与微分的指数曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得Δt=0.048S。③ 已知 KD=10，则图3-1-9 的比例微分环节模拟电路微分时间常数：T K t 0.48S

6)．观察PID（比例积分微分）环节的响应曲线

PID（比例积分微分）环节模拟电路如图3-1-11 所示。

（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的人工阶跃输出作为系统的信号输入（Ui）；该信号为零输出时将自动对模拟电路锁零。

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度0.1秒左右（D1单元左显示）。③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 0.2V（D1 单元右显示）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-11 安置短路套及测孔联线。

（3）运行、观察、记录： （CH1选‘×1’档。时间量程选‘／4’档）

① 打开虚拟示波器的单迹界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo）。② 等待完整波形出来后，移动虚拟示波器两根横游标使之ΔV=Kp×输入电压，，得到与积分的曲线的两个交点。③ 再分别移动示波器两根纵游标到积分的曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。注意：该实验由于微分的时间太短，较难捕捉到，必须把波形扩展到最大（/4 档），但有时仍无法显示微分信号。定量观察就更难了，因此，建议用一般的示波器观察。④ 改变时间常数及比例系数（分别改变运算模拟单元A2 的输入电阻Ro和反馈电阻R1），重新观测结果，填入实验报告。

五、实验数据及处理结果

六、思考、讨论或体会或对改进实验的建议

在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我受益匪浅。

在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做应变片的实验,你要清楚电桥的各种接法,如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.做实验时,老师还会根据自己的亲身体会,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛。

通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅。

七、参考资料

1．《自动控制理论》，王时胜、曾明如、王俐等，江西科技出版社

2．《自动控制理论》，夏德钤主编，机械工业出版社

3．《自动控制理论》，胡寿松，航空工业出版社

第二篇：自动控制原理试验1_典型环节的特性模拟

《控制工程基础》课程试验

实验一 典型二阶系统的matlab仿真

一、实验目的

1. 学习用计算机仿真线性系统的方法；

2. 深化课堂讲授的有关二阶系统阶跃响应的内容。

3. 学习使用matlab的m文件、simulink模型进行控制系统仿真。 二、实验内容与步骤

典型二阶系统闭环传递函数形式为

C(s)R(s)

?

?n

2

2

2

s?2??ns??n

1. 启动matlab。

2. 利用tf函数/simulink模块，建立系统传函。

3. 观察系统在不同阻尼比?和无阻尼自振频率?n时阶跃响应，并用plot命令绘制响应曲线。

实验时，取以下五组参数：

??0,?n?3;

??0.3,?n?3;

??0.3,?n?1??0.7,?n?1??1,?n?1

输入幅值为1的阶跃信号，观察系统的阶跃响应。

要求使用m文件和simulink模型两种形式求取二阶系统的阶跃响应。

三、实验报告要求

1. 给出??0.2,?n?3时，求取阶跃响应的m文件。

2. 设二阶系统的开环传函为

?n

2

s(s?2??n)

。给出??0.7,?n?1时，系统阶跃响应simulink仿真模型。

3. 绘制不同ξ、ωn值时系统阶跃响应的曲线，并做横、纵坐标、ξ、ωn值的标注 (横坐标为“time(s)”，

纵坐标为“Amplitude”)。

4. 给出不同ξ、ωn值时，系统阶跃响应所对应的ts(2%),tp,?p指标值。 给出word文档，文件名为“性能指标_学号1_学号2.doc”。

5. 附加题(可选)：试在一张图上绘制所有阶跃响应曲线，并做相应标注。

6. 整理实验结果，并与理论计算值相比较、分析?、?n对动态响应的影响(课后做)。