自控实验典型环节的模拟研究.docx

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自控实验典型环节的模拟研究

实验题目典型环节的模拟研究

姓名：

刘墉班级：

电气2班学号：

指导老师：

刘罗锅

同组学生：

时间：

2019-2-18

一、实验目的

1．学习典型线性环节的模拟方法。

2．定性了解各参数变化对典型环节动特性的影响。

3．熟悉各种典型环节的输出响应曲线。

二、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1-1。

G（S）=R2/R1

2.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。

G（S）=K/TS+1

K=R2/R1，T=R2C

3.积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。

G（S）=-1/TS

T=RC

4.

微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。

G（S）=RCS

5.比例+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）。

G（S）=K（TS+1）

K=R2/R1，T=R1C

6.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

三、实验报告

1.利用EWB软件搭建如图所示电路（相当于在实验箱上搭建模拟电路）；

2.测量系统的阶跃（建议使用一个长周期的方波代替阶跃信号）响应曲线，并记入表中。

观察改变电路初始条件（如电容初始电压等）对系统响应曲线的影响。

3.根据电路计算起传递函数（要求写出详细过程），并利用Matlab软件进行仿真，记录其阶跃响应。

4.比较EWB仿真与matlab仿真曲线的异同点。

四、思考题

1.一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节？

参数

环节

阶跃响应曲线

EWB仿真

Matlab仿真

R1=100K

R2=100K

C=1uf

比例环节

以上为反相图，正相图如下

惯性环节

以上为反相图，正相图如下

积分环节

以上为反相图，正相图如下

微分环节

以上为反相图，正相图如下

比例+微分环节

以上为反相图，正相图如下

比例

+

积分环节

以上为反相图，正相图如下

根据电路计算起传递函数

比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。

G（S）=R2/R1

所以G（S）=Ui/Uo=R2/R1

代入数值得：

G（S）=-1

Matlab代码：

sys=tf（[1],[-1]）;

step（sys）

惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。

G（S）=K/TS+1

K=R2/R1，T=R2C

代入数值得：

K=1，T=10^5*10^（-6）=0.1

G（s）=-1/（0.1s+1）

Matlab代码：

sys=tf（[-1],[0.11]）;

step（sys）

积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。

G（S）=-1/TS

T=RC

代入数值得：

T=10^5*10^（-6）=0.1

G（S）=-1/（0.1s）

Matlab代码：

sys=tf（[-1],[0.10]）;

step（sys）

微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。

G（S）=RCS

代入数值得：

G（S）=-0.1/（0.001s+1）

Matlab代码：

sys=tf（[-0.1-1],[0.0011]）;

step（sys）

比例+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）。

G（S）=K（TS+1）

K=R2/R1，T=R2C

代入数据的：

G（S）=-（0.1S+1）/（0,.001S+1）

Matlab代码：

sys=tf（[0.11],[0.0011]）;

step（sys）

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

所以有G（S）=-R2/R1（1+1/R2CS）=-K（1+1/TS）T=R2C,K=R2/R1

代入数据的：

G（S）=-（1+1/0.1s）

Matlab代码：

sys=tf（[-0.11],[0.10]）;

step（sys）

比较multisim仿真与matlab仿真曲线的异同点。

答：

相同点：

两个软件的仿真曲线在大体的趋势走向是一致的，都能够直接清晰的看出曲线的走向。

相异点：

Multisim：

曲线不是非常稳定平滑的，会出现一些跳变或者谐波信号，特别是在阶跃跳变的曲线转折那个阶段有非常明显的谐波的出现，之后逐渐稳定，谐波信号没有那么明显，但是还存在。

优点：

①是不光能看到信号从发生到完成这中间的过程，还能看到之后的信号曲线变化情况；

②能够看到整个信号变化过程环节。

比如微分和比例微分环节，跳变并不是一开始就有的，能够从Multisim图中，看到是信号经过几十毫秒之后才开始变化。

这种情况在matlab图中都是从0处开始变化。

缺点：

①图上没有标明时间坐标横轴和振幅纵轴的刻度

②采用不同的阶跃输入方式，（比如直接采用阶跃函数，方波延长周期做阶跃函数，用函数发生器发生）其他电路图虽然一样，但是示波器所显示出来的结果可能会有一些不同。

不如matlab仿真出来的结果稳定。

Matlab：

曲线平稳，比较Multisim的曲线光滑。

能够清晰直接看出整个传递函数的曲线走向，微分和比例微分的两个曲线比较相似，只是斜率和曲率不一样，同样的积分和比例积分也是一样。

只要传递函数确定了，每次仿真出来的曲线基本不变。

优点：

图上标有坐标刻度，方便看图和读取。

缺点就是只把阶跃信号发生到完全完成这一个过程的曲线，稳定之后的曲线没有。

思考题

一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节？

答：

在一阶惯性环节，在当时间函数的常数T，当T的值为很大的时候，即当T远远大于1的情况下，可以将惯性环节视为积分环节。

因为从图中可以看出，惯性环节和积分环节的曲线走向是相近的，都是，积分环节近似一条直线。

惯性环节在开始的时候是类似抛物线的，但是随着时间T的变长，惯性环节也逐渐的近似为直线，可视为积分环节。