控制系统的典型环节的模拟实验报告
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控制系统的典型环节的模
拟实验报告
The pony was revised in January 2021
课程名称:控制理论乙指导老师:成绩:实验名称:控制系统典型环节的模拟实验类型:同组学生姓名:
一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填)
三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)
七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1.熟悉超低频扫描示波器的使用方法
2.掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路
3.测量典型环节的阶跃响应曲线
4.铜鼓哦是暗夜男了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响
二、实验内容和原理
以运算放大器为核心元件,由其不同的RC输入网络和反馈网络组成的各种典型环节,如下图所示。
右图中可以得到:
由上式可求得有下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应
1.积分环节
连接电路图如下图所示
和第一个实验相同,电源为峰峰值为30V 的阶跃函数电源,运放为LM358型号运放。在这次实验中,R2并不出现在电路中,所以我们可以同时调节R1的值和C 的值来改变该传递函数的其他参量值。具体表达式为:
式中:RC T =
由表达式可以画出在阶跃函数的激励下,电路所出现的阶跃响应图像
实验要求积分环节的传递函数需要达到(1)s s G 1)(1=(2)s
s G 5.01)(2= 2.比例微分环节
连接电路图如下图所示
在该电路中,实验器材和第一次实验与第二次实验不变,R2仍然固定为1M 不改变。R1与C 并联之后与运算放大器的负端相连,R2接在运放的输出端和负输入端两端,起到了负反馈调节作用。具体表达式为: 式中,12R R K =
,C R T 1= 由表达式可以画出在阶跃函数的激励下,电路所出现的阶跃响应图像
实验要求惯性环节的传递函数需要达到(1)s s G +=2)(1(2)s s G 21)(2+=
3.惯性环节
连接电路图如图所示
在该图中,电源由控制理论电子模拟箱中的阶跃响应电源来代替,电源的峰峰值为30V ;在模拟电子箱中,运算放大器采用LM358型号的运算放大器。在控制理论电子模拟箱中,R2是一个固定值,固定为1M Ω,所以我们可以调整R1和C 来改变阶跃响应函数图像的其他参数。电阻R2和电容C 并联接入在运放的负输入端和输出端之间,起到了负反馈调节作用。具体导出式如下 式中,12R R K =
,C R T 2= 由表达式可以画出在阶跃函数的激励下,电路所出现的阶跃响应图像
实验要求惯性环节的传递函数需要达到(1)11)(1+=
s s G (2)15.01)(2+=s s G 三、主要仪器设备
1.控制理论电子模拟实验箱一台
2.超低频慢扫描示波器一台
3.万用表一只
四、操作方法和实验步骤
1.积分环节
(1)按照电路原理图,将实际的电路图连接起来
(2)根据实验要求的传递函数算出R
1
与C的值。
在实验1中,T=RC=1,所以取R
1
=1MΩ,C=1μF;在实验2中,T=RC=,所以取R1=1MΩ,C=μF(由两个1μF的电容串联得到μF的电容)
(3)将示波器的两个表笔接入输出端和输入端
(4)接通电源,按下按钮,观察在阶跃函数的直流电源激励下,输出端的阶跃响应。
2.比例微分环节
(1)按照电路原理图,将实际的电路图连接起来
(2)根据实验要求的传递函数算出R
2、R
1
与C的值。由于R
2
固定为1MΩ,所以只能调整
R
1
和C的值来完成实验。
在实验1中,K=2,T=1,所以取R
1=,R
2
=Ω,C=1/R
1
=2μF(由两个1MΩ并联起来得到Ω
的电阻,由两个1μF并联起来得到2μF的电容)
在实验2中,K=1,T=2,所以R
1=R
2
=1MΩ,C=1μF
(3)将示波器的两个表笔接入输出端和输入端
(4)接通电源,按下按钮,观察在阶跃函数的直流电源激励下,输出端的阶跃响应。
3.惯性环节
(1)按照电路原理图,将实际的电路图连接起来
(2)根据实验要求的传递函数算出R 1、R 2与C 的值。实验箱中R 2电阻固定为1M Ω。
在实验1中,T=1,K=1,所以R 1=R 2=1M Ω,C=1μF ;
在实验2中,T=,K=1,所以R 1=R 2=1M Ω,C=μF (由两个1μF 的电容串联得到μF 的电
容)
(3)将示波器的两个表笔接入输出端和输入端
(4)接通电源,按下按钮,观察在阶跃函数的直流电源激励下,输出端的阶跃响应。
五、实验数据记录和处理
1.积分环节
(1)s
s G 1)(1= (2)s
s G 5.01)(2= 2. 比例积分环节
(1)s s G +=2)(1
(2)s s G 21)(2+=
3. 惯性环节
(2)1
5.01)(2+=s s G
六、实验结果与分析
1.实验结果分析
(1)积分环节 ①s
s G 1)(1= 理论值:上升时间为15s ,输出电压为15V 。
实际值:输出电压为,上升时间为。误差为%与% ②s s G 5.01)(2=
理论值:上升时间为,输出电压为15V 。
实际值:输出电压为,上升时间为。误差为%与%
(2)比例积分环节
①s s G +=2)(1
理论值:上升时间70ms ,上升电压15V
实际值:上升时间,上升电压。误差为%和%。
②s s G 21)(2+=
理论值:上升时间140ms ,上升电压15V
实际值:上升时间为132ms ,上升电压为。误差为%和%