模拟计算机模拟仿真 桌面

1、自动控制原理二阶系统模拟仿真实验自动控制原理二阶系统模拟仿真实验 实验地点：主楼实验地点：主楼625房间房间 实验课时与上课时间一致实验课时与上课时间一致 指导书与实验报告：实验时购买（一元）指导书与实验报告：实验时购买（一元） 指导教师：胡振坤指导教师：胡振坤 典型二阶系统的模拟仿真 前言：模拟控制系统的工作原理 自动控制理论实验可以通过多种方式来实现，并不依赖于特定的实验装置和实验环境。我们这里要介绍电路分立元件模拟装置。 物理系统的运动形式是多种多样的，机械、电气、热力学等等，但就其数学模型的描述，即表征它们状态的微分方程在数学形式上是相同的，这给实验带来很大的方便。我们利用高性能的运算

2、放大器，配合不同的输入、输出阻抗网络，来模拟控制系统的各个环节，再有多个环节组成系统，对整个控制系统的工作状态进行模拟仿真。 本实验就是由电子元件构成，实现加法、积分、微分等联合运算，完成给定不同参数的系统仿真实验。第一节 控制系统典型环节的模拟 模拟机可以模拟实现：比例环节、惯性环节、积分、微分、振荡环节 、典型非线性环节，理想继电器特性的模拟、死区的模拟。可以实现反号，加法，积分、PID等模拟运算。一、实验设备简介： 自控原理多功能实验装置的结构图如图1-1所示，该系统中由计算机通过串口或USB接口与自制的A/D、D/A接口板，实现信号发生器、示波器的功能，充分发挥了计算机的优势，由计算机

3、完成实验数据的采集、存储和计算处理，在实验时就可以将实验结果与理论分析值进行对比，提高了实验效率，配套实验软件人机界面友好，操作简便。 图1-1实验箱全貌A/D、D/A接口板二、二、实验使用部件：（1）模拟机一台：实验箱上有十二个积分器，四个变阻器，和若干不同阻值的电阻、电容； （2）电脑一台，数据采集传输，由实验箱上的采集卡完成，通过USB端口通讯；（3）PC机安装CP210X驱动程序，以及模拟示波器软件，生成桌面图标（4）数字式万用表一只；（5）导线若干。 （6）双击A图标，打开模拟示波器界面，完成参数设定，运行后记录数据，绘制波形。三、实验模拟图使用符号及量化： 1反号器由运算放大器组成

4、的线路如图1所示：反馈元件电阻 图1反号器由图1可知 )()(1trRRtCf当： 则有 量化之后 继续减小输入电阻值，放大倍数继续增大。 在画模拟图时，反号器用如图2的符号加以表示，即一个底边在左侧的标准的等边三角形。 图2 反号器符号1RRf)()(trtC100k1 RRf10k100k1RRf，1102 加法器由运算放大器组成的加法器线路如图3所示 图3 加法器电路由图3可知，加法器的输出为：其中： i =1,2,n 输入电阻R1、R2、R3、Ri 为不同的阻值，信号被放大不同倍数。niiiiiiifffftrktrktrktrktrktrRRtrRRtrRRtrRRtC1332211

5、332211)()()()()()()()()()(ifiRRk加法器用图4所示符号加以表示： 图4 加法器符号 3 积分器 由运算放大器组成的积分器线路如图5所示。反馈元件是电容， 图5 积分器电路 由图可知积分器的输出为：其中 i=1,2n ; 当 C=10F ， R1 =100k时： 当 C=10F ， R1 =10k 时：继续减小输入电阻值，放大倍数继续增大。11010115-51CR niiiidttrkidttrCRdttrCRdttrCRdttrCRtC1332211)()(1)(1)(1)(1)(RiCTKii11101011010111 -5-41CR 积分器用图6所示的符号

6、加以表示：是一个等边三角形，后面的竖直边再加一道平行线，像是在表示，反馈元件为电容,它对信号有积分作用。 图6 积分器符号4.系数补偿 系统改变参数设置，需要配置不同的系数值，可以利用比例放大或积分放大的倍数计算，调整电阻值来实现。比例放大的放大倍数为电阻值比（反馈比输入）；积分放大的倍数由 决定。RC1 画模拟图有以下几点注意事项 ：1.在模拟图上一定要正确判别反馈的正负，牢记经过一个放大器变号一次，系统要完成负反馈，前向通道和反馈通道，放大器总和一定为奇数。2.利用改变输入电阻值，完成不同放大倍数的需求，用最少的运算放大器完成所要求的模拟任务 3.比例器和积分器的号码顺序要一致，输入及输出

7、的联线清楚，出现问题是方便排查。 四、控制系统典型环节模拟电路：1.比例环节的模拟电路如图4-1 图4-1比例环节电路)(tC. )(trRRiif)(tri 2. 积分环节的模拟电路如图4-2 图4-2积分环节的电路积分环节的输出： dttrCRtCii)(1)(3.比例积分环节的模拟电路如图4-3 图4-3比例积分环节电路TsKsG1)(12RRK 111CRT4. 惯性环节的模拟电路如图4-4 图4-4惯性环节电路 1)(TsKsG12RRK 211CRT1)(TsKsG第二节 模拟计算机的仿真实验一 、实验目的：1 学习用模拟计算机仿真线性系统的方法；2 研究二阶系统的阻尼比和无阻尼自

8、然频率对 系统动态性能的影响。3 深化课堂讲授的有关二阶系统阶跃响应的内容 二、实验内容与步骤：1画实验系统系统模拟图以典型的二阶系统为例，二阶系统的传递函数为式1-1： （1-1） 2222)()(nnnsssRsC交叉相乘 （1-2）进行拉式反变换，对应时域中的微分方程式： （1-3） 整理： （1-4）我们需要找到等式右面的三项，此方程可解。先看第一项：输入信号，我们使用阶跃信号，有信号发生器直接提供 。)()()(2)(222sRsCssCsCsnnn)()()(2)(22trtCtCtCnnn )()(2)()(2tCtCtrtCnn 二阶系统模拟图2( )-nc tr(t)c(t)

9、2( )2( )( )( )nnc tr tc tc t2n2n2( )nc t这个积分器所有输入之和为回路中奇数个运放构成负反馈！系数1与反馈信号相乘，就是等式右面的第二项，系数2与输入信号相乘，消去系数，得到了等式右面的第三项。由此，这个表达式可以模拟机上排题了。以第一组实验参数为例，说明系数的设置若取系数1： 系数2： 5 . 03n32n92n 11.1k,1091x2x2RFCCR，33.3k,1031x1x1RFCCR，第一组参数电路图如图2-1所示:图2-1 第一组参数电路图 2、排题 启动模拟实验箱，然后首先设置好各个系数。系数器设定的精确度对实验数据有很大的影响，这一步要耐心

10、。系数设置完毕之后，开始看图连线。3、用模拟示波器观测输出波形 按模拟图排题无误之后，然后打开应用软件，给系统加阶跃信号，这样，就可以用模拟示波器观测二阶系统的输出波形了。每台设备的随机误差不同，实测值略有不同。4、实验要求： （1）实验目的 （2）参数设定（3）实验数据记录实验数据记录（4）理论计算及误差分析 （5）响应曲线的绘制（6）简答题，详见实验报告。%100)()(-)(cctcpp4、实验注意事项：、实验注意事项：（1）.两人一组，做完实验，桌面收拾干净，恢复到像来的时候一样，才能离开。（2）.实验数据，因为系数器的精度、每台设备的差异以及观察者的视觉误差等因素，每组同学得到的数据不完全相同，不超出规定范围都是正确的。（3）.实验报告，在做完实验一周之内交，各班负责人实验报告，在做完实验一周之内交，各班负