自控原理实验

重庆邮电大学自动化学院自动控制原理实验单位：自动化学院学生姓名：学号：学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化班级：线性系统的校正实验目的：1.掌握系统校正的方法，重点了解串联校正。2.根据期望的时域性能指标推导出二阶系统的串联校正环节的传递函数。实验设备PC机一台，TD-ACC+教学实验系统一套。实验原理及内容所谓校正就是指在系统中加入一些机构或装置(其参数可以根据需要而调整)，使系统特性发生变化，从而满足系统的各项性能指标。按校正装置在系统中的连接方式，可分为：串联校正、反馈校正和复合控制校正三种。串联校正是在主反馈回路之内采用的校正方式，串联校正装置串联在前向通路上，一般接在误差检测点之后和放大器之前。本次实验主要介绍串联校正方法。1.原系统的结构框图及性能指标对应的模拟电路图由图可知系统开环传函：，系统闭环传函：系统的特征参量：ωn＝6.32,ξ＝0.158系统的性能指标：Mp＝60％，tS＝4s，静态误差系数Kv＝20(1/s)2．期望校正后系统的性能指标要求采用串联校正的方法，使系统满足下述性能指标：Mp≤25％，tS≤1s，静态误差系数Kv≥20(1/s)3．串联校正环节的理论推导由公式得：ξ≥0.4，ωn≥10，设校正后的系统开环传函为：由期望值得：，则K≥20。校正后系统的闭环传函为：取ξ＝0.5，则T＝0.05s，ωn＝20满足ωn≥10，得校正后开环传函为：因为原系统开环传函为：，且采用串联校正，所以串联校正环节的传函为：加校正环节后的系统结构框图为：对应的模拟电路图：见图1.3-4实验步骤1.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置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关分别设在“方波”档和“500ms～12s”档，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。2．测量原系统的性能指标。(1)按图1.3-2接线。将1中的方波信号加至输入端。(2)用示波器的“CH1”和“CH2”表笔测量输入端和输出端。计算响应曲线的超调量MP和调节时间tS。3.测量校正系统的性能指标。(1)按图1.3-4接线。将1中的方波信号加至输入端。(2)用示波器的“CH1”和“CH2”表笔测量输入端和输出端。计算响应曲线的超调量MP和调节时间tS，是否达到期望值，若未达到，请仔细检查接线(包括阻容值)。实验现象分析：下面列出未校正和校正后系统的动态性能指标。实验结果：校正前：校正后：典型非线性环节本次实验以运算放大器为基本单元，在输入端和反馈网络中设置相应元件(稳压管、二级管、电阻和电容)组成各种典型非线性的模拟电路，来模拟实际系统中常见的继电、饱和、死区、间隙等典型的非线性特性，并对典型非线性特性进行详细的理论分析和实验研究，从而为非线性系统的研究打下良好的基础。实验目的1．熟悉各典型非线性环节的理论分析。2．了解典型非线性环节的输入、输出在X_Y坐标上的曲线，并通过实验测量来和理论曲线进行对比分析。实验设备PC机一台，TD-ACC+教学实验系统一套。实验原理及内容1．继电特性(1)模拟电路图图中双向稳压二极管在实验装置中由两只单向的5.1V的稳压二极管负极对接而成。(2)将输入、输出电压在X_Y坐标上的实际测量曲线与理论响应曲线做对比并予以分析。图4.1-2中M值等于双向稳压管的稳定值。2．饱和特性(1)模拟电路图：将图4.1-1中的(b)部分用图4.1-3代替。(2)输入、输出电压在X_Y坐标上的实际测量曲线与理论响应曲线对比及分析。理想饱和特性图中特性饱和值等于稳压管的稳压值，斜率K等于前一级反馈电阻值与输入电阻之比，即：K=R1/R3．死区特性(1)模拟电路图(2)将输入、输出电压在X_Y坐标上的实际测量曲线与理论响应曲线做对比并予以分析。图4.1-6中特性的斜率K为：，式中R2的单位KΩ，且R2=R1(实际Δ还应考虑二极管的压降值)。4．间隙特性(1)模拟电路图(2)将输入、输出电压在X_Y坐标上的实际测量曲线与理论响应曲线做一对比并予以分析。见图4.1-8间隙特性如上图所示，图中空间特性的宽度Δ(OA)为：式中R2的单位为KΩ，且R1=R2。特性斜率为：实验步骤1．准备：将信号源单元的“ST”插针和“＋5V”插针用“短路块”短接。2．实验步骤(1)按图4.1-1接线，图中的(a)和(b)之间的虚线处用导线连接好(a中的＋5V与Z、－5V与X之间分别用短路块短接)。(2)将“CH1”和“CH2”路表笔分别接至模拟电路中的输入端(Ui)和输出端(Uo)，打开集成软件中的X_Y测量窗口，开始测量。(3)调节电位器，改变输入电压Ui，观测并记录Uo～Ui图形，响应曲线可参照4.1.3节中介绍。(4)分别按图4.1-3，图4.1-5，图4.1-7接线，输入电压电路采用图4.1-1中的办法，重复上述步骤(2)～(3)观察并记录各典型非线性环节的输入电压和输出电压的对应关系。(5)注意：实验前应对电容进行放电操作，方法是先将此环节和其它环节及信号源断开，然后将电容两端分别短接即可。实验结果：1继电特性：2饱和特性：3死区特性：（1）Ro=200欧；Rf=100欧K=2（2）Ro=500欧；Rf=100欧K=54间隙特性：