典型环节的电路模拟

典型环节的电路模拟

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线实验报告

课程名称：_________控制理论（甲）实验_______指导老师：_____ ____成绩：__________________ 实验名称：_________典型环节的电路模拟______实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 二、实验原理 三、实验接线图 四、实验设备

五、实验步骤 六、实验数据记录 七

、

实

验

数

据

分

析

八、实验结果或结论

一、实验目的

1．熟悉THBDC-2型 控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-2”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。

二、实验原理

自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。要对系统的设计和分析，必须熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应。

本实验中的典型环节都是以运放

专业：

__

P ．3

实验名称： 典型环节的电路模拟 姓名：

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线为核心元件构成，原理图如左图

图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。

1. 积分环节（I ）

积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为：

设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系

数为T 时的响应曲线如右图所示。

2. 比例微分环节（PD ）

比例微分环节的传递函数与方框图分

别为：

)1()1()(1

1

2

CS R R

R

TS K s G +=+= 其中C R T R R K D 1

12,/== 设U i (S)为一单位阶跃信号，右图示出了比例系数(K)为2、微分系数为T D 时PD 的输出响应曲线。

Ts

S U S U s G i O 1

)()()(=

=

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线

3. 惯性环节

惯性环节的传递函数与方框图分别为：

1

)()()(+=

=TS K

S U S U s G i

O

当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为1、时间常数为T 时响应曲线如右图所示。

三．实验设备

1．THBDC-2型 控制理论·计算机控制技术实验平台；

2．PC 机一台(含“THBDC-2”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。

四． 实验步骤

1．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，如下图所示。

图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。

若积分时间常数T=1S 时，电路中的参数取：R=100K ，C=10uF(T=RC=100K ×10uF=1)；

若积分时间常数T=0.1S 时，电路中的参数取：R=100K ，C=1uF(T=RC=100K ×1uF=0.1)；

当u i 为单位阶跃信号时，用“THBDC-2”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

-++R C

u i

-++

R

R 0

u

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线比较。（注：由于实验电路中有积分环节，实验前一定要用“锁零单元”对积分电容进行锁零。）

2．比例微分(PD)环节

根据比例微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建其模拟电路，如下图所示。

图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。

若比例系数K=1、微分时间常数T=0.1S 时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=1uF(K= R 2/ R 1=1，T=R 1C=100K ×1uF=0.1S)；

若比例系数K=1、微分时间常数T=1S 时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=10uF(K= R 2/ R 1=1，T=R 1C=100K ×10uF=1S)；

当u i 为一单位阶跃信号时，用“THBDC-2”软件观测(选择“通道3-4”，其中通道AD3接电路的输出u O ；通道AD4接电路的输入u i )并记录不同K 及T 值时的实验曲线，并与理论值进行比较。

注：在本实验中“THBDC-2”软件的采集频率设置为150K ，采样通道最好选择“通道3-4(有跟随器，带负载能力较强)”

3．惯性环节

根据惯性环节的方框图，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，如下图所示。

实验名称： 典型环节的电路模拟 姓名：

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线

图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。

若比例系数K=1、时间常数T=1S 时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=10uF(K= R 2/ R 1=1，T=R 2C=100K ×10uF=1)。

若比例系数K=1、时间常数T=0.1S 时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=1uF(K= R 2/ R 1=1，T=R 2C=100K ×1uF=0.1)。

通过改变R 2、R 1、C 的值可改变惯性环节的放大系数K 和时间常数T 。

当u i 为一单位阶跃信号时，用“THBDC-2”软件观测并记录不同K 及T 值时的实验曲线，并与理论值进行比较。

五． 实验结果与分析

1. 积分环节

通过计算可得传递函数：

s

1

)()()(RC s R s C s G =

=

,

又可得

t RC u u i o 1

=

若积分时间常数T=1S 时，电路中的参数取：R=100K ，C=10uF(T=RC=100K ×10uF=1)；