西北工业大学自动控制原理实验报告

实验一、二 典型环节的时间特性研究

一、目的要求

1.掌握典型环节的模拟运算电路的组成原理。

2.掌握惯性环节，比例微分环节，比例积分环节，比例，微分，积分环节，振荡环节的时间特性的实验验方法和特点。

二、实验电路及运算观察、记录

1惯性环节：

其中：T=R1C ，K=R1/R0

（1）模拟电路

图 （1） 典型惯性环节模拟电路

（2）注：‘S ST ’不能用“短路套”短接

（3）安置短路套

（4）测孔联线 （5）虚拟示波器（B 3）的联接：示波器输入

端CH 1接到A6单元信号输出端OUT （U0）.

注：CH 1选“X1”档。时间量程选‘X4’档

（6）运行、观察、记录

打开计算机→我的电脑→D 盘→Aedk →LABACT.exe 进入LABACT 程序。

选择自动控制菜单下的线性系统实域分析→典型环节模拟研究分析→

开始试验，弹出示波器显示界面，按下信号发生器（B1）阶跃信号按

钮时（0→+5v 阶跃），点击开始。测完特征后点“停止”，开始读数。

用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线（t ），且将结果记下。

改变电容C 值(即改变时间常数)，加Ui ，测Uo ，并将结果记录下来和

第一次的比较。 2.比例微分环节：

)1()

()(S Kp s Ui s Uo T D += 其中：

，R3很小 （1）模拟电路

图 典型比例微分环节模拟电路

（2）输入连线

a.为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT ），代替信号发生器（B1）中的阶跃输出0/5V 作为环节的信号输入（Ui ）。

b.将函数发生器（B5）中的插针‘S ST ’用短路套短接。

c.将S1拨动开关置于最上档（阶跃信号）。

d.信号周期由拨动开关S2和“调宽”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节（正输出宽度在70ms 左右，幅度在400mV 左右）。

注：CH1选’X1’档。时间量程选’/2’档。

(6)运行，观察，记录6单元信号输出端OUT(Uo)

操作和惯性环节实验相同，用示波器观察A6输出端(Uo)的实际响应曲线Uo(t)，并将结果记下来，改变参数R1值，重新测试结果，并记录比较。

3.比例积分环节

)11()()(S Kp s Ui s Uo T I += 其中，R R Kp 01= ，C R T I 11=

（1） 模拟电路

图 典型比例积分环节模拟电路

（2） 输入连线

a.为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT ），代替信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V 作为系统的信号输入（Ui ）。

b.将函数发生器（B5）中的插针’S ST ’用短路套短接。

c.将拨动开关S1置于最上档（阶跃信号）。

d.信号周期由拨动开关S2和“调宽”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节（正输出宽度在0.5s 左右，幅度在1V 左右）。

。

注：CH1选’X1’档。时间量程调选’X2’档。

(6)运行，观察，记录

操作和惯性环节实验相同，用示波器观测A6输出端(Uo)的时间特性响应曲线，

且将结果记下。改变时间常数A5的反馈电容C ，再观察记录，并和前面输出结果进行比较。

注：若观察曲线不明显，可用元件库(A7)中的可变电阻跨接到A5的H1和”IN ”测孔上，但要把A5的短路套S4去掉，可变电阻取330K ～430K 来代替固定的Ro=200K 。

4.比例，微分，积分环节

S S

s Ui s Uo T K T K K d p i p p ++=)()( （1） 模拟电路

图 PID （比例积分微分）环节模拟电路

（2） 输入连线

同比例积分环节，只是正输出宽度取70ms 左右，幅值取400mV 左右。

OUT(Uo)。 注：CH1选’X1’档。时间量程选’X2’档。

(6)运行，观察，记录

操作和惯性环节实验相同，用示波器观测A6输出端(Uo)的时间特性响应曲线，并将结果记下来。改变比例参数（反馈电阻值）重新观测实验结果，并作记录，再和前面结果进行比较。

5.振荡环节 ωωωξ2222)()(n

n n

S s Ui s Uo S ++= 其中 C R C R C R C R R R n 24132513451*=*=

ω R R C R C R 54251

321

*=ξ

（1）模拟电路

图 振荡环节模拟电路

（2）输入连接

a.“S ST ”不能用‘短路套’连接。

b.用信号发生器(B1)的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号(Ui)。

c.B1单元中电位器的左边K3开关拨下(GND)，右边K4开关拨下(0/+5V 阶跃)。阶跃信号输出(B1-2的Y 测孔)调整为2V(用电压表测量Y 测孔的值)。

（4一端CH2

接到A1的输出OUT 的测偏差。注：选’X1’档.

（6）运行，观察，记录

操作和惯性环节实验相同，按下B1按钮，用示波器挂吧插在三种情况下A6输出时间特性，记录超调δ℅(Mp)，峰值时间Tp 和调整时间Ts （取Δ=0.05），将测量值和理论计算值进行比较。

列表记录，画出时间特性曲线。

表1 二阶系统在三种情况（欠阻尼，临界阻尼，过阻尼）下的参考