自动控制实验一报告线性系统的时域分析

实验报告实验名称线性系统的时域分析系计算机工程系专业班姓名学号授课老师预定时间3月26日20:00-21:30实验时间3月26日20:00-21:30实验台号23一、目的要求1．熟悉并掌握TD-ACC+(或TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、原理简述下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解三、仪器设备PC机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。四、线路示图1．比例环节(P)(1)方框图：如图1.1-1所示。(2)传递函数:(3)阶跃响应：其中K=R1/R0(4)模拟电路图：如图1.1-2所示。注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K的电阻，实验中不需要再接。以后的实验中用到的运放也如此。(5)理想与实际阶跃响应对照曲线：①取R0=200K；R1=100K。实际阶跃响应曲线②取R0=200K；R1=200K。实际阶跃响应曲线2．积分环节(I)(1)方框图：如右图1.1-3所示。(2)传递函数：(3)阶跃响应：(t)其中T=R0C(4)模拟电路图：如图1.1-4所示。(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=200K；C=1uF。实际阶跃响应曲线②取R0=200K；C=2uF。实际阶跃响应曲线3．比例积分环节(PI)(1)方框图：如图1.1-5所示。(2)传递函数：(3)阶跃响应：U0(t)=K+t/T(t)其中K=R1/R0;T=R0C(4)模拟电路图：如图1.1-6所示。(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R1=200K；C=1uF。实际阶跃响应曲线②取R0=R1=200K；C=2uF。实际阶跃响应曲线4．惯性环节(T)(1)方框图：如图1.1-7所示。(2)传递函数：(3)模拟电路图：如图1.1-8所示。(4)阶跃响应：Uo(t)=K(1-)其中K=R1/R0;T=R1C(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R1=200K；C=1uF。实际阶跃响应曲线②取R0=R1=200K；C=2uF。实际阶跃响应曲线5．比例微分环节(PD)(1)方框图：如图1.1-9所示。(2)传递函数：(3)阶跃响应：Uo(t)=KT。其中K=(R1+R2)/R0,T=(R1R2/(R1+R2)+R3)C,3C,为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。(4)模拟电路图：如图1.1-10所示。(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=100K。实际阶跃响应曲线②取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。实际阶跃响应曲线6．比例积分微分环节(PID)(1)方框图：如图1.1-11所示。(2)传递函数：(3)阶跃响应：Uo(t)=Td。其中(t)为单位脉冲函数，KP=R1/R0,Ti=R0C1,Td=R1R2C2/R0(4)模拟电路图：如图1.1-12所示。(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF；R1=100K。实际阶跃响应曲线②取R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF；R1=200K。实际阶跃响应曲线五、内容步骤1.按1.1.3节中所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。2.将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。3.将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出U0端，观测输出端的实际响应曲线U0(t)，记录实验波形及结果。4.改变几组参数，重新观测结果。5.用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分微分环节的模拟电路图。观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。六、分析讨论1.通过本次实验，基本熟悉并掌握了TD-ACC+(或TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。2．熟悉了各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。实验1,2,3,4.的实际曲线与理想曲线基本一致，而在实验5,6中实际曲线和理想曲线有着明显的差距，可能是因为比例积分微分环节的信号反应速度较慢引起的。3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。当R1的参数发生变化时，曲线会发生明显的变化。