自动控制实验一报告线性系统的时域分析.docx

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自动控制实验一报告线性系统的时域分析

实验报告

实验名称线性系统的时域分析

系

计算机工程系

专业

班

姓名

学号

授课老师

预定时间

3月26日20:

00-21:

30

实验时间

3月26日20:

00-21:

30

实验台号

23

一、目的要求

1．熟悉并掌握TD-ACC+（或TD-ACS）设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。

2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。

对比差异、分析原因。

3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、原理简述

下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解

三、仪器设备

PC机一台，TD-ACC+（或TD-ACS）实验系统一套。

四、线路示图

1．比例环节（P）

（1）方框图：

如图1.1-1所示。

（2）传递函数:

（3）阶跃响应：

其中K=R1/R0

（4）模拟电路图：

如图1.1-2所示。

注意：

图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K的电阻，实验中不需要再接。

以后的实验中用到的运放也如此。

（5）理想与实际阶跃响应对照曲线：

①取R0=200K；R1=100K。

实际阶跃响应曲线

②取R0=200K；R1=200K。

实际阶跃响应曲线

2．积分环节（I）

（1）方框图：

如右图1.1-3所示。

（2）传递函数：

（3）阶跃响应：

（t）其中T=R0C

（4）模拟电路图：

如图1.1-4所示。

（5）理想与实际阶跃响应曲线对照：

①取R0=200K；C=1uF。

实际阶跃响应曲线

②取R0=200K；C=2uF。

实际阶跃响应曲线

3．比例积分环节（PI）

（1）方框图：

如图1.1-5所示。

（2）传递函数：

（3）阶跃响应：

U0（t）=K+t/T（t）其中K=R1/R0;T=R0C

（4）模拟电路图：

如图1.1-6所示。

（5）理想与实际阶跃响应曲线对照：

①取R0=R1=200K；C=1uF。

实际阶跃响应曲线

②取R0=R1=200K；C=2uF。

实际阶跃响应曲线

4．惯性环节（T）

（1）方框图：

如图1.1-7所示。

（2）传递函数：

（3）模拟电路图：

如图1.1-8所示。

（4）阶跃响应：

Uo（t）=K（1-）其中K=R1/R0;T=R1C

（5）理想与实际阶跃响应曲线对照：

①取R0=R1=200K；C=1uF。

实际阶跃响应曲线

②取R0=R1=200K；C=2uF。

实际阶跃响应曲线

5．比例微分环节（PD）

（1）方框图：

如图1.1-9所示。

（2）传递函数：

（3）阶跃响应：

Uo（t）=KT。

其中K=（R1+R2）/R0,T=（R1R2/（R1+R2）+R3）C,3C,为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。

（4）模拟电路图：

如图1.1-10所示。

（5）理想与实际阶跃响应曲线对照：

①取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=100K。

实际阶跃响应曲线

②取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。

实际阶跃响应曲线

6．比例积分微分环节（PID）

（1）方框图：

如图1.1-11所示。

（2）传递函数：

（3）阶跃响应：

Uo（t）=Td。

其中δ（t）为单位脉冲函数，KP=R1/R0,Ti=R0C1,Td=R1R2C2/R0

（4）模拟电路图：

如图1.1-12所示。

（5）理想与实际阶跃响应曲线对照：

①取R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF；R1=100K。

实际阶跃响应曲线

②取R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF；R1=200K。

实际阶跃响应曲线

五、内容步骤

1.按1.1.3节中所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。

检查无误后开启设备电源。

2.将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。

由于每个运放单元均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。

将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。

3.将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出U0端，观测输出端的实际响应曲线U0（t），记录实验波形及结果。

4.改变几组参数，重新观测结果。

5.用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分微分环节的模拟电路图。

观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。

六、分析讨论

1.通过本次实验，基本熟悉并掌握了TD-ACC+（或TD-ACS）设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。

2．熟悉了各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。

实验1,2,3,4.的实际曲线与理想曲线基本一致，而在实验5,6中实际曲线和理想曲线有着明显的差距，可能是因为比例积分微分环节的信号反应速度较慢引起的。

3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

当R1的参数发生变化时，曲线会发生明显的变化。