典型环节的电路模拟.docx

1、典型环节的电路模拟课程名称:实验名称:院（系）:姓 名:实验室:同组人员:东南大学能环学院实验报告热工过程自动控制原理第一次实验典型环节的电路模拟专 业：热能与动力工程学 号:实验组别:实验时间:一、实验目的二、实验设备三、实验原理四、实验步骤五、实验记录六、实验总结12、实验目的1、熟悉THBDC-1型 信号与系统控制理论及计算机控制技术 实验平台及上位机软件的使用;2、熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟;3、测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。、实验设备1 、THBDC-型 控制理论计算机控制技术实验平台;2、PC机一台（含上位机软件）、数据采集卡、37针

2、通信线1根、 16芯数据排线、采接卡接口线。三、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建图1-1而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应， 将对系统的元件构成，其原理框图如图1-1所示。图中1 和表示由1仁构成的复数阻抗。1、比例（P）环节比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。它的传递函数与方框图分别为:U i （可输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为 N时的响应曲线如图1-2所示。积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。 它的传递函数与方框图分别为:图1-3其中T - K - 2/尺1系数为iT时的pl输出响应曲线。4、比例

3、微分(PD)环节比例微分环节的传递函数与方框图分别为:G(s) K(1 TS)空(1 RQS)R15为一单位阶跃信号，图1-5示出了比例系数K为2、微分系数为时叩的输出响应曲线。图1-55、惯性环节常数为iT时响应曲线如图1-7所示。四、实验步骤图1-71、比例（卩）环节实验步骤：先根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。值时的实验曲线，并与理论值进行比较。另外*2还可使用可变电位器，以实现比例系数为任意设定值。2、积分【）环节实验步骤：根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。IIRo-o41-+r+C

4、UoUi RC luICT RC LOOK X id-T值时当|Ui为一单位阶跃信号时，用上位机软件观测并记录相应 的输出响应曲线，并与理论值进行比较。3、比例积分（PI）环节根据比例积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计Ro = 20()K。并组建相应的模拟电路，如下图所示。图中后一个单元为反相器，其中若取比例系数K 1L积分时间常数时，电路中的参数取:R = 100K, Rq = lOOK.(:=10iil(K = RJ R = 1=fif = 1OOK X IOiiF = Is)若取比例系数K 1、积分时间常数T 1$时，电路中的参数luH(K = R/R = 1/1 = /?

5、(：= lOOK X luF = 0. Is).*1、；的值可改变比例积分环节的放大系数KI和积分时间常数T。当i为一单位阶跃信号时，用上位软件观测并记录不同K及1|值时 的实验曲线，并与理论值进行比较。4、比例微分PD）环节实验步骤：根据比例微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建其模拟电路，如下图所示。UO-+十+R - lOOK,罠C = 10M：(K = RJ R = UT = = lOOK X lOnF = Is)fi = 2()()K. Rg = lOOKtC = luHCK = R/R = 05, T = ffC = lOOK X luE = (), Is).当Is

6、为一单位阶跃信号时，用上位软件观测并记录不同|K及1|值时 的实验曲线，并与理论值进行比较。5、惯性环节实验步骤：根据惯性环节的方框图，选择实验台上的通用电路单 元设计并组建其相应的模拟电路，如下图所示。iCRo =|-1+-+r十Ro - 20()K。1时，电路中的参数取:图中后一个单元为反相器，其中 若比例系数K 1L时间常数- LOOKC = lOiilCK = R, R = 1=fi/； = 1OOK X lOuF = Is)C = lOiilCK = RJR = 2,T = R/ = 2()()K X IOiiF = 2s) n通过改变*1、W、K；l的值可改变惯性环节的放大系数KI

7、和时间常数 。当5为一单位阶跃信号时，用上位软件观测并记录不同K及值时 的实验曲线，并与理论值进行比较。五、实验记录1、比例（卩）环节4为一单位阶跃信号时，实验记录响应曲线如下:PF b* ir 节 b 4* ?們 【Xll-l 11 .-I rih nhMI f r-l III R：-i匕为一单位阶跃信号时，实验记录响应曲线如下:10-3-102 3.1 2 53 hA 7.5 S4 9.7fc决戶氐 EL 莎 当电路参数取：【R - 100K, ,C - IOliH,其积分时间常数T - is.对于Uj为一单位阶跃信号时，实验记录响应曲线如下:当电路参数取：【R二lOOK, ；C - lu

8、F,其积分时间常数iTO.lE。对于Uj为一单位阶跃信号时，实验记录响应曲线如下:L!-3一H-D.9 ije: 4旧/?! - 20()K, /?2 1K，- lOiiF 其比例系记录响应曲线如下:h4.5、惯性环节曲线如下:?=-6 I I I I P I I I I I0 n.砧 as L3L 1.百 空 3 2? i 1-: ij 4 山 -qsf帥八】 1“ 加 I烈 炉当电路参数取:/?! - I()()K* 只2 = 200K.- lOnF 其比例系数K=2、时间常数IT - 2。对于W为一单位阶跃信号时，实验记录响应曲线如下:獰却 “ 1=. ；2 * T F L TT =：

9、-/*皿| 六、实验总结实验思考题1.用运放模拟典型环节时，其传递函数是在什么假设条件下近 似导出的？答：a、满足“虚短”、“虚断”特性;b运放的静态量为零，输入量、输出量和反馈量都可以用瞬时值表示其动态变化。2.积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下，惯性 环节可以近似地视为积分环节?而又在什么条件下， 惯性环节可以近 似地视为比例环节？答：积分环节和惯性环节的差别在于当输入为单位阶跃信号时， 积分环节输出随时间呈直线增长，而惯性环节输出以指数规律变化。当时间 t 趋于无穷大时，惯性环节可近似视为积分环节;而当时间 t趋于 0 时，惯性环节可近似视为比例环节。3.在积分环节和惯性环节实验中，如何根据单位阶跃响应曲线 的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？答：在积分环节中，纵坐标 K所对应的横坐标就是时间常数 T;而在惯性环节中，在起始点做该点的切线，与y=K相交的点的横坐标 就是时间常数 T。4.为什么实验中实际曲线与理论曲线有一定误差？答：在实验中，运放并不是理想的。再加上元器件都有温度特性 曲线，会产生相应的误差。5、为什么PD实验在稳定状态时曲线有小范围的振荡?答：PD实验中存在微分环节，而微分环节对偏差很敏感，又因 为输入信号中有噪音，不是平直光滑的，所以经过微分放大后，使得 偏差放大，出现了小范围的振荡。