典型环节的电路模拟

1一、实验目的1．熟悉THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-1”软件的使用；2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。4．观测二阶系统的阻尼比分别在01，=1和1三种情况下的单位阶跃响应曲线；二、实验环境1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台；2．PC机一台(含“THBDC-1”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、实验报告要求1．画出各典型环节的实验电路图，并注明参数。2．写出各典型环节的传递函数。3．根据测得的典型环节单位阶跃响应曲线，分析参数变化对动态特性的影响。4．画出二阶系统线性定常系统的实验电路，并写出闭环传递函数，表明电路中的各参数；5．根据测得系统的单位阶跃响应曲线，分析开环增益K和时间常数T对系统的动态性能的影响。四、实验内容及分析1．比例（P）环节选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测并记录相应K值时的实验曲线，并与理论值进行比较。参数：一图比例系数K=1时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K。二图比例系数K=2时，电路中的参数取：R1=100K，R2=200K。传递函数：KSUSUSGiO)()()(结论：如上图所示当K值改变为2倍时，输出量也跳跃为原来的2倍，最后稳定时还是一样输出值等于原来的2倍2．积分（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，当ui为单位阶跃信号时，用“THBDC-1”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。2参数：R0=200K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)；积分时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R=100K，C=1uF(T=RC=100K×1uF=0.1)；结论：随着RC的改变，积分时间常数，且积分时间常数越小，输出值线性变化越快。3．比例微分(PD)环节根据比例积分微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建其相应的模拟电路，当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测，并记录不同K、TI、TD值时的实验曲线，并与理论值进行比较。参数：R0=200K。取比例系数K=1、积分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K=R2/R1=1，T=R2C=100K×10uF=1)；取比例系数K=1、积分时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K=R2/R1=1，T=R2C=100K×1uF=0.1S)。结论：随着R1,R2,C的改变，比例系数和微分时间常数会改变。对于微分调节，在输入信号的瞬间，达到正无穷，输出值Uo达到最大值，但在以后，Ui为定值，=0，又在比例调节的作用下，输出值为输入值的K倍。4．二阶系统的瞬态响应（1）．观测二阶系统的阻尼比分别在01，=1和1三种情况下的单位阶跃响应曲线；3（2）．调节二阶系统的开环增益K，使系统的阻尼比21，测量此时系统的超调量p、调节时间ts(Δ=±0.05)；（3）．为一定时，观测系统在不同n时的响应曲线。四、实验小结1．用运放模拟典型环节时，其传递函数是在什么假设条件下近似导出的？答：放大倍数远大于1，近似为理想放大电路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？答：惯性环节是x(t)=K(1-e^-t/T)而积分环节是x(t)=K/s，一个是类指数函数，一个是一次函数，当T趋向于无穷小时惯性环节可以近似为积分环节。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？答：当t=T的时候在惯性环节是U(0)=63.2%U无穷大，而积分环节是U（0）=Ui4．为什么实验中实际曲线与理论曲线有一定误差？答：人为输入信号时存在时间间隙