实验一、典型环节及其阶跃响应

1、实验一、典型环节及其阶跃响应一、实验目的1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。二、实验设备1. EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2 计算机一台三、实验原理1 模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结 构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加 到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得 到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研 究参数对系统性能的影响。2 时域

2、性能指标的测量方法：超调量o %：1）启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。2）检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表 示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续 进行实验。3）连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。4）在实验项目的下拉列表中选择实验一典型环节及其阶跃响应。5）鼠标单击、按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框 中设置相应的实验参数后鼠标

3、单击确认等待屏幕的显示区显示实验结 果。6）用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：二 =仏 Y 100%JT p与 Ts：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%急态值所需的时间值，便可得到Tp与Ts。四、实验内容比例环节的模拟电路及其传递函数如图构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应:1-1。1.2.V2A/El(S) = -R2/R1惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。uiJOOK C/Alc infI屮G B2 - -r-K=R2/R"AA/Bl(S) = - K/TS+1，T=R2C3#图1-23.积分环节的模拟电

4、路及传递函数如图1-3U2VD1(S) =1/TS4.-T=RC I -：微分环节的模拟电路及传递函数如图C 0. OlufIIR100K1-4图1-4U2A/Dlin c lufD/AlIH_G( S)= - RCS#U2VD15.例+ 微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5 （未标明的C=0.01uf）。R2慶1-5(S)= -K (TS+1)K=R2/R1, T=R2C6.比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6(S) =K (1+1/TS),T=R2C五、实验步骤1. 启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不

5、正常查找 原因使通信正常后才可以继续进行实验。比例环节3. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-1）。电路的输入U1接A/D、D/A卡 的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通 电源。4. 在实验项目的下拉列表中选择实验一一、典型环节及其阶跃响应。5. 鼠标单击.按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中 设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果6. 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。7. 记录波形及数据（由实验报告确定）。惯性环节8. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-2）。电路的输入U1接A/D、D/A卡 的DA1输出，

6、电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通 电源。9. 实验步骤同47积分环节10. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-3）。电路的输入U1接A/D、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将积分电容两 端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。11. 实验步骤同47微分环节12. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-4）。电路的输入U1接A/D、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后 接通电源。13. 实验步骤同47比例+积分环节14. 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-6）。电路的输入U1接A/D、D

7、/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将积分电容连 在模拟开关上。检查无误后接通电源。15. 实验步骤同4716. 测量系统的阶跃响应曲线，并记入上表。六、实验结果（一）数据表格参数阶跃响应曲线Ts （秒）理论值实测值比例环节28.50X10-328.00X10-3R仁 R2=惯性环节3332.00X10-3336.00X10-100K积分环节605.00X10-3608.00X10-3C=1uf微分环节54.00X10-356.00X10-3K=1比例+微分环节-382.00X10-380.00X10T=0.1S比例+积分环节-3501.00X10-3504.0

8、0X10比例环节24.50X10-324.00X10-3R1=100K惯性环节3825.00X10-3828.00X10-R2=200K积分环节609.00X10-3608.00X10-3C=1uf微分环节57.00X10-356.00X10-3K=2比例+微分环节366.00X10-368.00X10-T=1S比例+积分环节405.00X10-3408.00X10-3（二）阶跃响应曲线1. 比例环节参数设置：实鲨课題参数窗口北克理工达臺.区实验一典型环节及其阶抚响】采样通道【AD】AD 1啟AD启用0,|1釆样点数【50一999200雨AD显示(是/否)Aqua采样周期【0.0卜10皿】6#

9、信漁通道【DA】DA 1r? da启用波源类型【5种波形】信源频率【最大值10Hz确认取消|阶跃液0 Yellc -丽 DAK示(Y/N)信源电JI (-5V-+5V)1【Mas A参数】1R1=100KR2=200K :#W1击单游标时间(ns)XI：24.00X2:400.00|X1-X2|:376. 00双游标电压(V)Y1:-2. 03Y2:-2.86IT1-T2I：0*£3X时间轴坐标 M 3T2. 000000 Y电压轴坐标CV); -4.832353R1=R2=100K :H直 单游标时间（躺）XI:28. 00X2:0. 00IX1-X2I：28.00_双游标电压（刃

10、Yl：-k03Y2:0,00IY1-Y2H1.03X时间轴坐标Oft A 980. aoooooT电压轴坐标（V）: -4.941176参数设置2. 惯性环节R1=1OOK R2=200K :&单游标时间（IRS）K1:328.00K2:0. 00|K1-K2|：323. 00SJ双游标电压W）Y1:-2. 00Y2:a. aa|Y1-Y2|:2. 00X时间轴坐标61S）: 1040. OOOO® T电压轴坐标（V： -4.T94117R1=R2=100K :单游标时间（躺）XI;J3S. QQX2:00|X1-X2|：336. CO广双游标电 J£（V）Yl：

11、-1. 00Y2:0.00|T1-T2|:k COX时何轴坐标SJ： 732 000000 Y电压轴坐标理：-2. T&4T063. 积分环节R=100K C=1uF:1Si -r-1-:存单游标时间 伽営）XI I60S. ODX2ID, 00|X 1-X2 | i608. QQ广取游标由，医 CDT11-<1, 97Y2：0. 00|Y1-Y2 | :4. 97畫时间轴坐标BT2. OCCCCO ¥电压轴坐标（V）-3 5SBZ354. 微分环节R=100KC=0.01uf:10?D0.400.6D0.800.1000. 1200. 1400. 1600. 1800

12、. 2000.ffl 忖单游标时间（mw）X1:56.00X2:0.00|X1-X2|:56.001圖1广双游标电 JECV)Y1：-0. 03Y2:0. 00| Y1-Y21:0*03兀时间瑚坐标1D9B 0000007电压轴坐标W）； -1 2352945. 例+微分环节R1=R2=100K :11测席单游标时闻(ins)XI：80.00X2:a. oo |xi-x2|：eo. oo：J3ZL:广眾游标电压Y1:-1. 03Y2:a., ao |yi-y2| :1. 03X时间釉坐标UJ： 1148. OOOOOO I电压轴坐标 3) ： -4. 970566R1= 100KR2=200K

13、 :12#金 单游标时间(皿)XI ;68. 00X2;0. 00IK1-X2I ：63. 00广 双游标电屋 GOY1 :-2, 03Y2:0. 00|Y1-T2 |:2. 03X时司轴坐标氏幻：596. 000000 Y电压轴坐拯(V) ： -4. 7941476 比例+积分R仁R2=100K :K悴单游标时间（KS）K1:504.00K2;a. oo|X1-X2|:504.00广双游标电屋（V）Y1:-4. 97Y2:0. 00|Y1-Y2|:4. STX时间轴坐诉5": 0. 000000¥电压轴坐标CD： -4. 941176R1= 100KR2=200K :W常单游标时间（MS）XI:408. X2:0. ao1X1-耳=408.00|禽|厂双游标feHe (V)T1:=4. 97Y2： . Q0 I Y1-Y2II4. 7I时问轴坐标（mJ： 33£. 000000¥电压轴坐标： -3. T&4T06七、实验