文档介绍：该【控制理论实验报告记录典型环节的电路模拟】是由【森林书屋】上传分享，文档一共【9】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【控制理论实验报告记录典型环节的电路模拟】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。控制理论实验报告记录典型环
节的电路模拟
———————————————————————————————— 作者:
———————————————————————————————— 日期:
实验报告
课程名称:控制理论(乙)
实验名称:典型环节的电路模拟
一、实验目的和要求(必填)
三、主要仪器设备(必填)
五、实验数据记录和处理
七、讨论、心得

指导老师: 成绩:__________________
实验类型:________________同组学生姓名:__________
二、实验内容和原理(必填)
四、操作方法和实验步骤
六、实验结果与分析(必填)
一、实验目的
-2型控制理论·计算机控制技术实验平台及 “THBDC-2”软件的使用;
;
,并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验设备
-2型控制理论·计算机控制技术实验平台;
(含“THBDC-2”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。
三、实验内容
;
,并研究参数变化对其输出响应的影响。
四、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十分
有益。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成,其原理框图
如图1-1所示。图中 Z1和Z2表示由R、C构成的复数阻抗。
(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:
UO(S)
1
G(s)
Ts
Ui(S)
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1-1
(PD)环节
比例微分环节的传递函数与方框图分别为:
R2
其中K
R/R,T
RC
G(s)K(1TS)(1RCS)
1
21D
1
R1
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

惯性环节的传递函数与方框图分别为:
UO(S)
K
G(s)
TS1
Ui(S)
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
(I)环节
根据积分环节的方框图,选择实验台上的通用电路单元
(U12、U6)设计并组建相应的模
拟电路,如下图所示。
C
R0
uiR
R
0
uo
-
-
+
+
+
+
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=100K
×10uF=1);
若积分时间常数
T=,电路中的参数取:R=100K,C=1uF(T=RC=100K
×1uF=);
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。
(PD)环节
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。
图中后一个单元为反相器,其中R0
=200K。
若比例系数K=1、微分时间常数
T=,电路中的参数取:
R1
=100K
2
,
,R=100K
C=1uF(K=R2/R1=1,T=R1C=100K×1uF=);
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=100K×10uF=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。
图中后一个单元为反相器,其中
R0
=200K。
若比例系数K=1、时间常数T=1S时,电路中的参数取:R1
2
=100K
,R=100K,C=10uF(K=
R/R=1,T=RC=100K×10uF=1)。
2
1
2
若比例系数K=1、时间常数T=,电路中的参数取:R1=100K,R2=100K,C=1uF(K=
R/R=1,T=RC=100K×1uF=)。
2
1
2
通过改变R2
、R
1
K和时间常数T。
、C的值可改变惯性环节的放大系数
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=,
G(s)=1,U(s)
1,U(s)
1
,u(t)
t
Ts
i
s
o
Ts
2
o
T
T=
T=1s快,实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=
若比例系数 K=1、微分时间常数 T=1S时
G(s)K(1Ts),
Ui
(
s
)
1
(
)
(1
T
)
,uo(t)KT(t)K1(t)
s
,UOS
K
S
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=
K
,
Ui
1
,U(s)
K
1
T
)
,
G(s)
(s)
K(
Ts
1
s
o
(
Ts
s
S
Ts
1
1)
t
u(t)k
1(t)ke
T
o
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。