控制理论实验报告典型环节的电路模拟Word下载.docx

1、如图1-1所示。图中Z1和Z2表示由R、C构成的复数阻抗。1积分（I）环节 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：设Ui（S）为一单位阶跃信号，当积分系数为T时的响应曲线如图1-1所示。图1-12比例微分（PD）环节比例微分环节的传递函数与方框图分别为： 其中设Ui（S）为一单位阶跃信号，图1-2示出了比例系数（K）为2、微分系数为TD时PD的输出响应曲线。 图1-2 3惯性环节惯性环节的传递函数与方框图分别为：当Ui（S）输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数（K）为1、时间常数为T时响应曲线如图1-3所示。图1-3五、实验步骤1积分（I）环节根据积分环节

2、的方框图，选择实验台上的通用电路单元（U12、U6）设计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R0=200K。若积分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R=100K，C=10uF（T=RC=100K10uF=1）；若积分时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R=100K，C=1uF（T=RC=100K1uF=0.1）；当ui为单位阶跃信号时，用“THBDC-2”软件观测并记录相应T值时的输出响应曲线，并与理论值进行比较。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（U12、U6）设计并组建其模拟电路，如下图所示。若比例系数K=1、微分时间常数T=0.1S时，电

3、路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF（K= R2/ R1=1，T=R1C=100K1uF=0.1S）；若比例系数K=1、微分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF（K= R2/ R1=1，T=R1C=100K10uF=1S）；当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-2”软件观测（选择“通道3-4”，其中通道AD3接电路的输出uO；通道AD4接电路的输入ui）并记录不同K及T值时的实验曲线，并与理论值进行比较。根据惯性环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元（U12、U6）设计并组建其相应的模拟电路，如下图所示。若比例系数K=1、时

4、间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF（K= R2/ R1=1，T=R2C=100K10uF=1）。若比例系数K=1、时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF（K= R2/ R1=1，T=R2C=100K1uF=0.1）。通过改变R2、R1、C的值可改变惯性环节的放大系数K和时间常数T。当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-2”软件观测并记录不同K及T值时的实验曲线，并与理论值进行比较。六、实验结果1、积分环节若积分时间常数T=1S时，若积分时间常数T=0.1S时， ，T=0.1s时的上升速度比T=1s快，实

5、验结果与理论分析相符。 2、比例微分环节若比例系数K=1、微分时间常数T=0.1S时若比例系数K=1、微分时间常数T=1S时实验结果与理论分析相符3、惯性环节若比例系数K=1、时间常数T=1S时若比例系数K=1、时间常数T=0.1S时实验结果与理论分析得到的函数图形相符，故认为结果可信。七、实验心得体会1、用运放模拟典型环节时，其传递函数假定条件如下：1）假定运放具有理想特性，即满足“虚短”“虚断”特性 2）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

6、似地视为比例环节？惯性环节的特点是，当输入作阶跃变化时，输出不能立刻达到稳态值，瞬态输出以指数规律变化。而积分环节，当输入为单位阶跃信号时，输出为输入对时间的积分，输出随时间呈直线增长。当t趋于无穷大时，惯性环节可以近似地视为积分环节，当t趋于0时，惯性环节可以近似地视为比例环节。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？在积分环节中，直线的纵坐标到K时对应的横坐标即直线上升的斜率的倒数就是时间常数T。在惯性环节中，起始点的斜率等于k/T，故在起始点作该点的切线，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？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，器件参数都有误差，所以输入输出曲线不可能像理论那样的线性。5、为什么PD实验在稳定状态时曲线有小范围的振荡？做比例微分实验时，稳定状态时曲线有小范围的振荡，分析原因如下：微分环节对偏差敏感而实际输入的信号有噪声，并不是平直光滑的，所以，经过微分后，使得偏差放大，出现小范围振荡。