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 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 R 1 100K R 2 100K 二图比例系数 K 2 时 电路中的参数取 R 1 100K R 2 200K 传递函数 KSUGiO 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 2 并与理论值进行比较 参数 R 0 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 T I T D 值时的实验曲线 并与理论值进行比较 参数 R 0 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 R 2 100K C 10uF K R 2 R1 1 T R 2C 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 R 2 100K C 1uF K R 2 R1 1 T R 2C 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 3 1 观测二阶系统的阻尼比分别在 0 1 三种情况下的单位阶跃响应曲线 2 调节二阶系统的开环增益 K 使系统的阻尼比 测量此时系统的超调量 21 p 调节时间 ts 0 05 3 为一定时 观测系统在不同 时的响应曲线 n 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 Ui 4 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