典型环节的模拟研究自动控制实验报告Word文件下载.docx
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■验证□综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
典型环节的模拟研究
一、实验要求：
1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式
2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响
二、主要仪器设备及耗材：
1．计算机一台（WindowsXP操作系统）
2．AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套
3．LabACT6_08软件一套
三、实验内容和步骤：
选用虚拟示波器，只要运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
具体用法参见用户手册中的示波器部分。
1）．观察比例环节的阶跃响应曲线
典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。
图3-1-1典型比例环节模拟电路
实验步骤：
注：
‘SST’不能用“短路套”短接！
（1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）：
B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0/+5V阶跃）。
阶跃信号输出（B1的Y测孔）调整为4V（调节方法：
按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔）。
（2）构造模拟电路：
按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。
（a）安置短路套（b）测孔联线
（3）运行、观察、记录：
（注：
CH1选‘×
1’档。
时间量程选‘×
1’档）
①打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。
2）．观察惯性环节的阶跃响应曲线
典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。
图3-1-4典型惯性环节模拟电路
B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0/+5V阶跃）。
阶跃信号输出（B1的Y测孔）调整为4V（调节方法：
按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔）。
按图接线
1’档）
打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6输出端（Uo），按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+4V阶跃），等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到4V（输入）×
0.632处，，得到与惯性的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。
A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。
3）．观察积分环节的阶跃响应曲线
典型积分环节模拟电路如图3-1-5所示。
图3-1-5典型积分环节模拟电路
（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的人工阶跃输出作为系统的信号输入（Ui）；
该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
①在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。
②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度1秒左右（D1单元左显示）。
③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=1V（D1单元右显示）。
按图接线
CH1选‘×
打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6输出端（Uo），调节调宽电位器使宽度从0.3秒开始调到积分输出在虚拟示波器顶端（即积分输出电压接近+5V）为止。
等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V处，再移动另一根横游标到ΔV=1V（与输入相等）处，得到与积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。
4）．观察比例积分环节的阶跃响应曲线
典型比例积分环节模拟电路如图3-1-8所示.。
图3-1-8典型比例积分环节模拟电路
该信号为零输出时将自动对模拟电路锁零。
②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度1秒秒左右（D1单元左显示）。
③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=1V（D1单元右显示）。
时间量程调选‘×
①打开虚拟示波器的单迹界面，点击开始，用示波器观测A6输出端（Uo）。
②待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到1V（与输入相等）处，再移动另一根横游标到ΔV=Kp×
输入电压处，得到与积分曲线的两个交点。
③再分别移动示波器两根纵游标到积分曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。
5）.观察比例微分环节的阶跃响应曲线
典型比例微分环节模拟电路如图3-1-9所示。
图3-1-9典型比例微分环节模拟电路
（1）将函数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R。
（连续的正输出宽度足够大的阶跃信号）
③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=0.5V（D1单元右显示）。
CH1选‘×
①打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测系统的A6输出端（Uo），响应曲线见图3-1-10。
等待完整波形出来后，把最高端电压（4.77V）减去稳态输出电压（0.5V），然后乘以0.632，得到ΔV=2.7V。
②移动虚拟示波器两根横游标，从最高端开始到ΔV=2.7V处为止，得到与微分的指数曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得Δt=0.048S。
③已知KD=10，则图3-1-9的比例微分环节模拟电路微分时间常数：
四、思考、讨论或体会或对改进实验的建议：
在进入实验室之前，我们从课本上面基本上掌握了各种典型环节模拟电路、传递函数表达式和对仪器基本的了解。
本次实验当中由于没有认真看实验指导书，实验没有完成的很好，直接忽略了改变系数再一次的实验。
以后的实验当中尽量实验前做到认真预习。
通过这次实验，使我学到了不少实用的知识，加深了对课本上知识的理解，受益匪浅
二阶系统瞬态响应和稳定性
一、实验要求
1、了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型二阶闭环系统的传递函数标准式。
2、研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn、阻尼比ξ对过渡过程的影响。
3、掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts的计算。
4、观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts值，并与理论计算值作比对。
二、主要仪器设备及耗材
三、实验内容及步骤
本实验用于观察和分析二阶系统瞬态响应和稳定性。
图3-1-8Ⅰ型二阶闭环系统模拟电路
图3-1-8的二阶系统模拟电路的各环节参数及系统的传递函数：
当R=100k，K=1ξ=1.58>
1为过阻尼响应，当R=40k，K=2.5ξ=1为临界阻尼响应，当R=4k，K=25ξ=0.3160<
ξ<
1为欠阻尼响应。
欠阻尼二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态指标Mp、tp、ts的计算：
（K=25、=0.316、=15.8）
Ⅰ型二阶闭环系统模拟电路见图3-1-8。
该环节在A3单元中改变输入电阻R来调整衰减时间。
阶跃信号输出（B1的Y测孔）调整为2V（调节方法：
（3）虚拟示波器（B3）的联接：
示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（C（t））。
（4）运行、观察、记录：
①运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的二阶典型系统瞬态响应和稳定性实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
也可选用普通示波器观测实验结果。
②分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到4K、40K、100K，按下B1按钮，用示波器观察在三种增益K下，A6输出端C（t）的系统阶跃响应。
R=4K时波形图
（该图可以观察出Mp=0.7/2.07×
100%=33.8%tp=0.240s）
改变R1的值，使得R1=200k（C1=1uF保持不变），这时Ti改变了，波形图如下：
实际值为：
Mp=1.05/2.07*1005=50.7%Tp=0.160sTs=0.28s
理论值为：
Wn=25Mp=0.164*100%=16.4%Tp=0.145sTs=0.24s
改变C2的值，使得C2=2uF（R2保持不变），这时T的值改变，波形图如下：
Mp=1.29/2.07*100%=62.3%Tp=0.200Ts=1.32s
Wn=25Mp=0.164*100%=16.4%Tp=0.288sTs=1.22s
2、R=40K时波形图
由图可以得到实际值为：
ts=1.52s
改变R1的值，使得R1=200k（C1=2uF保持不变），这时Ti改变了，波形图如下：
Ts=0.860
Ts=2.000
R=100K时波形图
Ts=3,600s
改变R1的值，使得R1=100k（C1=2uF保持不变），这时Ti改变了，波形图如下：
Ts=0.920s
3）改变C2的值，使得C2=2uF（R2保持不变），这时T的值改变，波形图如下：
Ts=2.720s
四、实验心得体会：
通过本次实验我基本上了解和掌握了典型二阶系统模拟电路的构成方法，同时加深了MpTpTs的计算。
虽然在实验当中有部分小困难，但是都顺利的解决了。
通过本次实验
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