典型环节的电路模拟.docx

1、典型环节的电路模拟东南大学能环学院实验报告课程名称：热工过程自动控制原理第一次实验实验名称： 典型环节的电路模拟 热能与动力工程一、 实验目的 3二、 实验设备 3三、 实验原理 3四、 实验步骤 6五、 实验记录 8六、 实验总结 12一、 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。二、 实验设备1 、THBDC-1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针通信线1根、 16

2、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 而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应， 将对系统的设计和分析是十分有益的。本实验中的典型环节都是以运放为核心7元件构成，其原理框图如图1-1所示。图中1和表示由R* （构成的复数阻抗。图1-1成比例地复现输出信号1、比例I 环节比例环节的特点是输出不失真、不延迟、的变化。它的传递函数与方框图分别为：G(S)Ui(S)U（S）输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为 K时的响应曲线如图1-2所示。u oft)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U o(S) 1数与方

3、框图分别为:1TsG(S)U i (S) Ts1-3所示。L Fi(v01 为一单位阶跃信号，当积分系数为 丨时的响应曲线如图图1-3系数为丨时的输出响应曲线。4、比例微分丨“ =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)殳(1 RQS)R1t/ R2 二 100K,10uF(K R/ R = l,T = 100K X 1 OuF Is)；若比例系数K = 05、微分时间常数T 1旳寸，电路中的参数取: 200K, R2 100K,C = luF(K RJR - 0.5,T = Rf 100K X luE 0. Is).当为一单位阶跃信号时，用上位软件观测并记录不同K及

4、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。图中后一个单元为反相器，其中若比例系数K 1、时间常数1、 1百时，电路中的参数取：二10网也二100耳(:=10uF(K RJ = 1/T = R/. = 100K X 1 OuF Is)。若比例系数K 1、时间常数T 羽时，电路中的参数取：= 100K R2 = 200KC = 10uF(K = 2rT R f 200K X 10uF 2s) &通过改变尺丄、*2、C的值可改变惯性环节的放大系数K和时间常数 当i为一单位阶跃信号时，用上位软件

5、观测并记录不同K及I值时的实验曲线，并与理论值进行比较。五、实验记录i il i= - r：= 注1、比例丨环节%为一单位阶跃信号时，实验记录响应曲线如下:2、积分 环节当电路参数取：R二100 C IOuF,其积分时间常数T M 对于5为一单位阶跃信号时，实验记录响应曲线如下:恥;JFtfj逗廿匹事 坯。低 由弘哎j当电路参数取：R = 100K, C luF,其积分时间常数T 0.1s 对于5为一单位阶跃信号时，实验记录响应曲线如下:3、比例积分k *匸环节当电路参数取- ,其比例系数K=1、积分时间常数T lso对于5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： ”（临 1，

6、|1；，其比例系数K=1、积分时间常数】。对于5为一单位阶跃信号时，实验记录 响应曲线如下：MiRT MeU 应;Hf1i1 i4、比例微分L 环节当电路参数取：R】*2 10(K (: 1山山，其比例系数K=1、微分时间常数T lso对于5为一单位阶跃信号时，实验记录响应曲线如下：輛欄十胡:订|除tTlPI：! tOith 口 ！】 】 陛 血M*当电路参数取：2()0K,心100K, ( 10叫，其比例系 数K=0.5、微分时间常数丁 = is。对于叫为一单位阶跃信号时，实验 记录响应曲线如下：i ikit i-t el ui i* 虐| gut.JI Ip IT 5、惯性环节当电路参数取

7、：Ri 冬10（此（：1W,其比例系数K=1、时间常数T lso对于5为一单位阶跃信号时，实验记录响应 曲线如下：数K=2时间常数=2so对于5为一单位阶跃信号时，实验记录响 应曲线如下：.JW Kin Bill3 M 4? | A is d QLT 1U iqji uMi * 聲JMt _ 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，

8、 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。