自动控制理论实验 典型环节电路模拟.docx

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自动控制理论实验典型环节电路模拟

自动控制理论实验

控制理论实验平台及典型环节的模拟电路

一实验目的

1：

了解THBDC—1控制理论实验平台的硬件组成和软件使用。

2：

掌握典型环节的电路模拟。

3：

测量各典型环节的阶跃响应曲线，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.USB数据采集卡.37针通信线1根.16芯数据排线等。

三实验内容

1：

比例环节

根据比例环节的方框图，设计并组建相应的模拟电路，

图中后一个单元为反相器，R0=200K,传递函数：

G（s）=Uo（s）/Ui（s）=K。

当比例系数K=1时，电路中的参数取：

R1=100K，R2=100K。

实验结果如下图：

当比例系数K=2时，因为K=R2/R1，所以R2=200K，R1=100K，结果如下：

比例系数K=4时，R2=200K，R1=51K，结果如下：

结果分析：

随着K的增加，系统的终值是输入信号的K倍。

2：

积分环节

根据积分环节的方框图，如下，设计并组建模拟电路

图中后一个单元为反相器，R0=200K，G（s）=Uo（s）/Ui（s）=1/Ts。

当积分时间常数T=1S时，R=100K，C=10uF，实验结果如下：

当T=0.1时，因为T=RC，所以R=100K，C=1uF，结果如下：

当T=0.5时，R=51K，C=10uF，结果如图：

3：

比例积分环节

根据比例积分环节的方框图设计并组建模拟电路，

图中后一个单元为反相器，R0=200K,G（s）=K（1+1/Ts）。

比例系数K=1，积分时间常数T=1S时，其中R1=100K，R2=100K，C=10uF，实验结果如下：

当比例系数K=1，积分时间常数T=0.1S时，R1.R2不变，C=1uF，实验结果如下：

4：

比例微分环节

根据比例微分环节的图设计并组建模拟电路

图中后一个单元为反相器，R0=200K,G（s）=K（1+ts）。

当比例系数K=1，微分时间常数T=0.1时，R1=100K，R2=100K，C=1uF，实验结果如下：

当比例系数K=1，微分时间常数T=1S时，R1.R2不变，C=10uF，实验结果如下：

5：

比例积分微分环节

根据比例积分微分环节方框图设计并组建模拟电路

图中后一个单元为反相器，R0=200K，G（s）=K（1+ts+1/Ts）。

当比例系数K=2，积分时间常数Ti=0.1S，微分时间常数Td=0.1S时，其中R1=100K，R2=100K，C1=1uF，C2=1uF,实验结果如下：

当比例系数K=1.1时，积分时间常数Ti=1S，微分时间常数Td=0.1S时，因为K=（R1C1+R2C2）/R1C2，Ti=R1C2，Td=R2C1，所以R1=R2=100K，

C1=1uF，C2=10uF，实验结果如图：

6：

惯性环节

根据惯性环节的方框图设计并组建模拟电路

图中后一个单元为反相器，R0=200K,G（s）=1/（1+Ts）。

当比例系数K=1，时间常数T=1S时，R1=100K，R2=100K，C=10uF，实验结果如下：

当比例系数K=1，时间常数T=0.1时，其他不变，C=1uF，结果如下：

四实验总结

通过这次实验，我掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法和控制系统时域性能指标的测量方法。

这次实验后，我更加了解到，各种典型信号的响应不只是理论知识，在实际的实验中，各种原因可能会影响到系统的稳定性和输出值，需要我们更加细心的做好各个部分的准备工作。

这是我们第一次做自动控制原理实验，许多地方还不熟，相信以后的实验我会做得更加熟练。

五实验思考题

1:

惯性环节的特点是，当输入x（t）作阶跃变化时，输出y（t）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y（t）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。

2:

测定时间常数T的方法：

用示波器的“时标”开关测出过渡过程时间t，由公式T=t/4计算时间常数。

3：

选择的电子元器件,输入输出曲线,不可能像理论那样的线性,再加上元器件都有温度特性曲线.器件参数都有误差.综合起来,电路模拟实验中实际曲线和理论曲线有一定的误差是正常的.