自动控制理论实验报告 北交大电气.doc
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1、电气工程学院 自动控制理论 实验报告 1.2.1 典型线性环节的研究一、实验目的 1、学习典型线性环节的模拟方法。2、研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。二、实验预习要点1、自行设计典型环节电路。2、选择好必要的参数值,计算出相应数值,预测出所要观察波形的特点,与实验结果比较。三、实验设备计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表。四、实验内容1、熟悉自动控制原理辅助开发系统和实验箱。2、研究六种典型环节的特性。五、实验结果注:所有图中 绿色为输入,红色为输出1、比例环节图1-1 比例环节阶跃响应理论计算:Eo(t)= -Kp*Ei(t)(1)时,实验结果如下
2、:输入信号为3.2203V,输出信号约为-1.6610V,在误差允许范围内,结果是正确的。(2)时,实验结果如下:输入信号为3.2203V,输出信号约为-6.3390V左右,在误差允许范围内,结果是正确的。 (3)时,实验结果如下: 从图中可以看出,输入信号为3.2203V,输出信号约为-3.2203V左右,与理论计算结果一致,结果是正确的。分析:比例环节中,输入阶跃信号后,输出信号立刻跳变并根据电路的比例达到最终的稳定输出。比例不同幅值变化不同。2、积分环节图1-2 积分环节阶跃响应 理论计算:Eo(t)= (-1/Ti)*t*Ei(t),故所得图形应为 的类似图形。 (1) (2) (3)
3、分析:接入电容后,输出电压由零逐渐增大。由此可知经过积分环节的阶跃信号后是斜坡信号,Ti越大斜率越小,图形变化越缓慢。3、比例积分环节图3-20 比例积分环节阶跃响应 理论计算:,故所得图形应为 的类似图形。 (1) (2)(3)分析:接入电阻和电容,电压先按比例输出,再逐渐增大。由此可知阶跃信号经过比例积分环节后变成带有初值的斜坡信号,是比例响应和阶跃响应的叠加。4、比例微分环节比例微分环节阶跃响应理论计算:。(1)(2) (3)分析:不同的参数下,发生了不同的阶跃响应和微分响应,Td越大曲线变化的越缓慢。5、比例微分积分环节 求取,时的阶跃响应曲线。分析:理论上应该有微分环节但在开始时和积
4、分环节抵消掉了,输出电压开始不稳定,后逐渐达到比例值,最后由于积分作用逐渐变化。6、一阶惯性环节一阶惯性环节阶跃响应图中,分别求取; ;时的阶跃响应曲线 理论计算: 公式推导: 拉氏变换有: 整理得:记阶跃响应:(1)(2)(3)分析:输出电压逐渐增大,最后按比例输出。六、思考题1、设计一个能满足e1+e2+e3=e运算关系的实用加法器。2、一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节?在什么条件下可视为比例环节?答:当T1时,一阶惯性环节可视为积分环节;当T1时,一阶惯性环节可视为比例环节。3、如何设置必要的约束条件,使比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化?答:电阻选兆欧级,电容选
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