LabACT实验课件

null自控控制原理教学实验自控控制原理教学实验———谢永华LabACT自动控制原理实验自动控制原理实验实验一、典型环节模拟研究 实验二、二阶系统瞬态响应和稳定性 实验三、二阶闭、开环系统频率特性 实验四、线性系统的校正实验一、典型环节模拟研究 实验一、典型环节模拟研究 比例环节 惯性环节 积分环节 比例积分环节 比例微分环节 比例微分积分环节一、比例环节一、比例环节1、 典型比例环节模拟电路图3-1-1 典型比例环节模拟电路 典型比例环节的传递函数：2、短路套安置、模拟电路连线2、短路套安置、模拟电路连线注意：要改变系统参数，请相应调整短路套位置示波器输入线运放级联线开关放置档位信号输入短路套 3、典型比例环节阶跃响应曲线3、典型比例环节阶跃响应曲线 按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+2V阶跃） ，用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。改变比例参数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果。 R1=200K时实际阶跃响应曲线见下图。 二、惯性环节二、惯性环节1、 典型惯性环节模拟电路图3-1-2 典型惯性环节模拟电路 典型惯性环节的传递函数： 2、短路套安置、模拟电路连线2、短路套安置、模拟电路连线示波器输入线运放级联线开关放置档位信号输入短路套 注意：要改变系统参数，请相应调整短路套位置3、典型惯性环节阶跃响应曲线3、典型惯性环节阶跃响应曲线 按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+4V阶跃） ，用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。改变时间常数（改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C），重新观测结果。 C=2uf时实际阶跃响应曲线见下图。 三、积分环节三、积分环节1、 典型积分环节模拟电路图3-1-3 典型积分环节模拟电路 典型积分环节的传递函数： 2、短路套安置、模拟电路连线2、短路套安置、模拟电路连线示波器输入线运放级联线开关放置档位信号输入短路套 注意：要改变系统参数，请相应调整短路套位置3、典型积分环节阶跃响应曲线3、典型积分环节阶跃响应曲线 用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。改变时间常数（改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C），重新观测结果。C=2uf时其实际阶跃响应曲线见下图。   四、比例积分环节四、比例积分环节1、 典型比例积分环节模拟电路图3-1-4 典型比例积分环节模拟电路 典型比例积分环节的传递函数： 2、短路套安置、模拟电路连线2、短路套安置、模拟电路连线示波器输入线运放级联线开关放置档位信号输入短路套 注意：要改变系统参数，请相应调整短路套位置3、典型比例积分环节阶跃响应曲线3、典型比例积分环节阶跃响应曲线 用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线U0（t），且将结果记下。改变时间常数（改变运算模拟单元A5的反馈反馈电容C），重新观测结果。C=2uf时 其实际阶跃响应曲线见下图。 五、比例微分环节五、比例微分环节1、 典型比例微分环节模拟电路图3-1-5 典型比例微分环节模拟电路 典型比例微分环节的传递函数： 2、短路套安置、模拟电路连线2、短路套安置、模拟电路连线示波器输入线运放级联线开关放置档位信号输入短路套 注意：要改变系统参数，请相应调整短路套位置3、典型比例微分环节阶跃响应曲线3、典型比例微分环节阶跃响应曲线 用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）,且将结果记下。改变比例参数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果。R1=20K时其实际阶跃响应曲线见下图。 六、比例积分微分环节六、比例积分微分环节1、 典型比例积分微分环节模拟电路图3-1-6 PID（比例积分微分）环节模拟电路典型比例积分环节的传递函数： 2、短路套安置、模拟电路连线2、短路套安置、模拟电路连线示波器输入线运放级联线开关放置档位信号输入短路套 注意：要改变系统参数，请相应调整短路套位置3、典型比例积分微分环节阶跃响应曲线3、典型比例积分微分环节阶跃响应曲线 用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）,且将结果记下。改变比例参数（改变运算模拟单元A2的反馈电阻R1），重新观测结果。R1=10K时其实际阶跃响应曲线见下图.。 实验二、二阶系统瞬态响应和稳定性实验二、二阶系统瞬态响应和稳定性1、典型二阶系统的原理图及传递函数 开环传函：G（S）=K/TiS(TS+1)=K1/S(0.1S+1) 闭环传函： 2、典型二阶系统模拟电路2、典型二阶系统模拟电路图3-1-8 典型二阶系统模拟电路图 积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R1*C1 惯性环节（A3单元）的惯性时间常数 T=R2*C2 增益K =R2/R 超调量 ： 峰值时间： 调节时间 ： 3、短路套安置、模拟电路连线3、短路套安置、模拟电路连线示波器输入线运放级联线开关放置档位信号输入与负反馈线短路套 注意：要改变系统参数，请相应调整短路套位置4、典型二阶系统的阶跃响应曲线4、典型二阶系统的阶跃响应曲线 阶跃信号输出（B1-2的Y测孔）调整为2V，按下B1按钮，用示波器观察在三种情况下A3输出端C(t)的系统阶跃响应，并 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 超调量MP，峰值时间tp和调节时间ts。并将测量值和计算值（实验前必须按公式计算出）进行比较。参数取值及响应曲线，详见下图。0<ξ<1（R=10k） 欠阻尼阶跃响应 衰减振荡 ξ=1（R=40K） 临界阻尼阶跃响应 单调指数曲线ξ>1(R=100K) 过阻尼阶跃响应 单调指数曲线实验三、二阶闭、开环系统频率特性实验三、二阶闭、开环系统频率特性一、 二阶闭环系统的频率特性曲线 二、 二阶开环系统的频率特性曲线 一、 二阶闭环系统的频率特性曲线一、 二阶闭环系统的频率特性曲线图3-2-4 被测二阶闭环系统模拟电路图 1、被测二阶系统模拟电路null二阶闭环系统的频率特性为： 对数幅频特性表达式为： 对数相频特性表达式为： 实部和虚部表达式为： 2、短路套安置、模拟电路连线2、短路套安置、模拟电路连线中断线运放级联线开关放置档位信号连接线短路套 3、二阶系统的闭环对数幅频曲线和相频曲线3、二阶系统的闭环对数幅频曲线和相频曲线 用示波器观察系统各环节波形，避免系统进入非线性状态。被测二阶系统的闭环对数幅频曲线和相频曲线见下图 。（a）对数幅频曲线（Bode图） null（b）对数相频曲线（Bode图） null（c）闭环幅相曲线（Nyquist曲线） 二、 二阶开环系统的频率特性曲线二、 二阶开环系统的频率特性曲线 由于Ⅰ型系统含有一个积分环节，它在开环时响应曲线是发散的，因此欲获得其开环频率特性时，还是需构建成闭环系统，测试其闭环频率特性，然后通过公式换算，获得其开环频率特性。 1、被测二阶系统模拟电路null二阶开环系统的频率特性为： 对数幅频特性表达式为： 对数相频特性表达式为： 实部和虚部表达式为： 2、短路套安置、模拟电路连线2、短路套安置、模拟电路连线中断线运放级联线开关放置档位信号连接线短路套 3、二阶系统的开环对数幅频曲线和相频曲线3、二阶系统的开环对数幅频曲线和相频曲线 用示波器观察系统各环节波形，避免系统进入非线性状态。被测二阶系统的开环对数幅频曲线和相频曲线见下图 。（a）开环对数幅频曲线（Bode图） null（b）开环对数相频曲线（Bode图） null（c）开环幅相曲线 （Nyquist曲线） 实验四 线性系统的校正实验四 线性系统的校正一、未校正系统的性能 二、校正系统的性能一、未校正系统性能 一、未校正系统性能 1、未校正系统的原理图及传函数 闭环传函 ：2、未校正系统模拟电路2、未校正系统模拟电路图3-4-3 未校正系统的模拟电路图 3、短路套安置、模拟电路连线3、短路套安置、模拟电路连线示波器输入线运放级联线开关放置档位信号输入与负反馈线短路套 4、未校正系统的响应曲线4、未校正系统的响应曲线 阶跃信号输出（B1-2的Y测孔）调整为2V，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V阶跃），用示波器观察A6单元信号输出端C(t)系统阶跃响应，测量并记录超调量MP，峰值时间tp和调节时间ts。响应曲线波形详见下图。 未校正时响应曲线 (Mp=60%,ts=4)二、校正系统性能 二、校正系统性能 1、校正系统的原理图及传函数 设计串联校正装置，使系统满足下述性能指标： 由理论推导得到，校正网络的传递函数为：2、校正系统模拟电路2、校正系统模拟电路图4-4-5 校正后系统模拟电路3、短路套安置、模拟电路连线3、短路套安置、模拟电路连线示波器输入线运放级联线开关放置档位信号输入与负反馈线短路套 4、校正系统的响应曲线4、校正系统的响应曲线 阶跃信号输出（B1-2的Y测孔）调整为2V，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时，用示波器观察A3单元信号输出端C(t)系统阶跃响应，测量并记录超调量MP,峰值时间tp和调节时间ts。响应曲线波形详见下图。校正后响应曲线 (Mp=20%,ts=0.8)ENDEND