《自动控制原理》实验指导书
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《自动控制原理》实验指导书梅雪罗益民袁启昌许必熙
南京工业大学自动化学院
目录
实验一典型环节的模拟研究--------------------------1 实验二典型系统时域响应和稳定性-------------------10 实验三应用MATLAB进行控制系统根轨迹分析----------15 实验四应用MATLAB进行控制系统频域分析------------17 实验五控制系统校正装置设计与仿真-----------------19 实验六线性系统校正-------------------------------22 实验七线性系统的频率响应分析---------------------26 附录：TDN—ACP自动控制原理教学实验箱简介----------31
实验一 典型环节的模拟研究
一． 实验目的
1．熟悉并掌握TD-ACC +
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．实验内容
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。 1．比例环节 (P)
A 方框图：如图1.1-1所示。
图1.1-1
B 传递函数：
K S Ui S Uo =)
()
( C 阶跃响应：)
0()(≥=t K
t U O 其中 01/R R K =
D 模拟电路图：如图1.1-2所示。
图1.1-2
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。
E 理想与实际阶跃响应对照曲线：
① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。
② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。
2．积分环节
(I)
A ．方框图：如右图1.1-3所示。
图1.1-3
B ．传递函数：
TS
S Ui S Uo 1
)()(=
C ．阶跃响应： )
0(1)(≥=
t t T
t Uo 其中 C R T 0=
D ．模拟电路图：如图1.1-4所示。
图1.1-4
(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。
② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。
3．比例积分环节 (PI)
(1) 方框图：如图1.1-5所示。
图1.1-5
(2) 传递函数： TS
K S Ui S Uo 1
)()(+=
(3) 阶跃响应： )
0(1
)(≥+
=t t T
K t Uo 其中
1/R R K =；C R T 0=
(4) 模拟电路图：如图1.1-6所示。
图1.1-6
(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照：
①取R0 = R1 = 200K；C = 1uF。
②取R0=R1=200K；C=2uF。
4．惯性环节 (T)
(1) 方框图：如图1.1-7所示。
图1.1-7
(2) 传递函数：1
)()(+=
TS K
S Ui S Uo 。
(3) 模拟电路图：如图1.1-8所示。
图1.1-8
(4) 阶跃响应：)1()(T
t e
K t Uo --=，其中01/R R K =；C R T 1=
(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照：
① 取R0=R1=200K ；C=1uF 。
② 取R0=R1=200K ；C=2uF 。
5．比例微分环节 (PD)
(1) 方框图：如图1.1-9所示。
图1.1-9
(2) 传递函数：
)1()
()
(TS K S Ui S Uo +=
(3) 阶跃响应：K t KT t Uo +)(=δ)(。
其中0
2
1R R R K +=
，C
R R R R T 2
12
1+=
，)t (δ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。
图1.1-10
(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 。
② 取R0=R2=100K ，R3=10K ，C=1uF ；R1=200K 。
6．比例积分微分环节 (PID)
(1) 方框图：如图1.1-11所示。
图1.1-11
(2) 传递函数：
S
T
S
T
K
S
Ui
S
Uo
d
i
P
+
+
=
1
)
(
)
(
(3) 阶跃响应：
t
T
K
t
T
t
Uo
i
p
d
1
)(
)(+
+
=δ
。
其中)t(δ为单位脉冲函数，
1
R
R
K
P
=
；1
C
R
T
i
=；
2
2
1
R
C
R
R
T
d
=
(4) 模拟电路图：如图1.1-12所示。
图1.1-12
(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。