自动控制原理实验汇总

实验一控制系统典型环节的模拟

一、实验目的

(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模拟电路。

(3) 测量典型环节的阶跃响应曲线。

(4) 通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响。

二、实验所需挂件及附件

DJK01、DJK15双踪慢扫描示波器、万用表

三、实验线路及原理

以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图8-1所示。图中乙和乙为复数阻抗，它们都是由R C构成。

基于图中A点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图

由上式可求得，由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) 比例环节

比例环节的模拟电路如图8-2所示：

Z2 820K

G( S) = = = 2

Z1 410K

图8-2 比例环节

(2)惯性环节

R2/CS

Z2R, 1/CS

G(S)

乙R1

1

R1R2CS1

K

u。Z2

G(S)百(1)

8-1 得:

TS 1

Rz

o

11

U tl

Ri

r

⑷

取参考值 R=100K , Ra=100K , C=1uF

Ui —IV

接川渡曙

图8-4积分环节

⑷ 比例微分环节（PD ）,其接线图如图及阶跃响应如图

图8-3惯性环节

（3）积分环节

G （S ）殳 ECS

Z 1 R

1 RCS 1

丄

⑶

TS

式中积分时间常数 T=RC 取参考值R=200K C=1uF

樓示跛器

Z 2

R 2

G(S)

= Z ； = R I /CS

R i +1/CS

R 2

?(R i CS + 1) R i

其中 K = R ，T D = R I C

参考值 R=200K R=410K , C=0.1uF

8-5所示。

=K(T D S + 1)

图8-5

比例微分环节

⑸比例积分环节，其接线图单位阶跃响应如图

8-6所示。

Z 2

R 2 + 1/CS ( R 2CS+1) G(S)

=Z 1 = R 1 =

R 1CS R 2 1 R 2

1

R 1 RCS R J R 2CS 7

1

= K (1 + T 2S )

⑸

式中 R 2

K =

, T 2 = R 2C

R 1

参考值 Ri=100K R 2=200K C=0.1U F

(6)振荡环节，其原理框图、接线图及单位阶跃响应波形分别如图

8-7、8-8所示。

图8-8为振荡环节的模拟线路图，它是由惯性环节，积分环节和一个反号器组成。根据它们的 传递函数，可以画

出图

8-7所示的方框图，图中：

R 2/R 1 , 1 R 2C 1 , 2 R 3C 2由图(8)可求得开环传递函数为

1 画出六种典型环节的实验电路图，并注明相应的参数。

G(S)

Ej 其中

K

T i T i

图8-6 比例积分环节

1

欲使图8-8为振荡环节，须调整参数K和T1，使0< <1，呈欠阻尼状态。即环节的单位阶跃响应呈振荡衰减形式。

四、实验内容

⑴分别画出比例、惯性、积分、微分和振荡环节的模拟电路图。

(2) 按下列各典型环节的传递函数，调节相应的模拟电路的参数，观察并记录其单位阶跃响应 波形。

i

(S)=1 和 G(S)=2

i

(S)=1/S 和 Ga(S)=1/ ( 0.5S )

i

(S)=2+S 和 G(S)=1+2S i (S)=1/(S+1)和 G(S)=1/(0.5S+1)

PI ) G ( S )=1 + 1/S 和 G ( S )=2( 1 + 1/2S )

K

2

T i S 1 2 3

S K

10 0.iS 2 S io

2 画出各典型环节的单位阶跃响

应波形，并分析参数对响应曲线的影响。

3 写出实验的心得与体会。

六、注意事项

(1) 输入的单位阶跃信号取自实验

箱中的函数信号发生器。

(2) 电子电路中的电阻取千欧，

电容为微法。

① 比例环节 G ② 积分环节 G ③ 比例微分环节 G ④ 惯性环节 G

⑤比例积分环节 ⑥震汤环节 五、实验报告

G(S)

Ui = iv

实验二 一阶系统的时域响应及参数测定

、实验目的

(1) 观察一阶系统在单位阶跃和斜坡输入信号作用下的瞬态响应。 ⑵ 根据一阶系统的单位阶跃响应曲线确定系统的时

间常数。

序号

型

号

备注

1 DJK01电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。

2 DJK15控制理论实验

或DJK16控制理论实验 3 双踪慢扫描示波器 或数子示波器

4

万用表

三理

图8-8为一阶系统的模拟电路图。由该图可知

即虫-坐=-壬

R 0 R ,

1/CS

A u _ u 0

R 0 =-

1/CS

i o =i i -i 2