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。