大学自动控制原理实验报告实验一典型环节的模拟研究

1、 南昌大学实验报告学生姓名： 王瑾然 学 号： 6101113031 专业班级： 电气131班 实验类型： 验证 综合 设计 创新 实验日期： 实验成绩： 一、实验项目名称实验3.1.1 典型环节的模拟研究二、实验要求1. 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式。2. 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。三、主要仪器设备及耗材1. 计算机一台（Windows XP操作系统）2. AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套3. LabACT6_08软件一套四、实验内容和步骤1.观察比例环节的阶跃响应曲线（1）打

2、开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器的阶跃信号按钮（0+4V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。（2）改变比例系数，重新观测结果，填入实验报告。 2.观察惯性环节的阶跃响应曲线（1）打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6输出端，按下信号发生器的阶跃信号按钮时，等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到4V×0.632处，得到与惯性的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。A6输出端的实际响应曲线Uo（t）。（2）改变时间常数及比例系数，重新观测结果，填入实验报告。3.观察积分环节的阶

3、跃响应曲线（1）打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6输出端（Uo），调节调宽电位器使宽度从0.3秒开始调到积分输出在虚拟示波器顶端为止。（2）等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V处，再移动另一根横游标到V=1V处，得到与积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。 （3）改变时间常数，重新观测结果，填入实验报告。4、观察比例积分环节的阶跃响应曲线（1）打开虚拟示波器的单迹界面，点击开始，用示波器观测A6输出端（Uo）。（2）待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到1V（

4、与输入相等）处，再移动另一根横游标到V=Kp×输入电压处，得到与积分曲线的两个交点。（3）再分别移动示波器两根纵游标到积分曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。（4）改变时间常数及比例系数，重新观测结果，填入实验报告。 5.观察比例微分环节的阶跃响应曲线（1）打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测系统的A6输出端（Uo），响应曲线见图3-1-10。等待完整波形出来后，把最高端电压（4.77V）减去稳态输出电压（0.5V），然后乘以0.632，得到V=2.7V。（2）移动虚拟示波器两根横游标，从最高端开始到V=2.7V处为止，得到与微分的指数曲线的交点，再移动虚拟示波

5、器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得t=0.048S。（3）已知KD=10，则图3-1-9的比例微分环节模拟电路微分时间常数：R2/R1比例=5：26.观察PID（比例积分微分）环节的响应曲线（1）打开虚拟示波器的单迹界面，点击开始，用示波器观测A6输出端（Uo）。（2）等待完整波形出来后，移动虚拟示波器两根横游标使之V=Kp×输入电压，得到与积分的曲线的两个交点。（3）再分别移动示波器两根纵游标到积分的曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。（4）改变时间常数及比例系数，重新观测结果，填入实验报告。 五、实验数据及结果分析1、比例环节（1）取理论值：实际值：如图，时

6、，我们发现测出的，与理论值2V差距不大，在误差允许范围内理论值与测量值是相符合的。（2）取理论值：实际值：如图，时，我们发现测出的，与理论值4V差距不大，在误差允许范围内理论值与测量值是相符合的。2、惯性环节取，理论值：实际值：如图，时，我们发现测出的，与理论值0.2s相同，在误差允许范围内理论值与测量值是相符合的。3、积分环节（1）取，理论值：实际值：如图，时，我们发现测出的，与理论值0.1s相同，在误差允许范围内理论值与测量值是相符合的。（2）取，理论值：实际值：如图，时，我们发现测出的，与理论值0.2s相同，在误差允许范围内理论值与测量值是相符合的。4、比例积分环节（1）取，理论值：实际

7、值：如图，时，我们发现测出的，与理论值0.4s大致相同，在误差允许范围内理论值与测量值是相符合的。（2）取，理论值：实际值：如图，时，我们发现测出的，与理论值0.1s大致相同，在误差允许范围内理论值与测量值是相符合的。5、比例微分环节取，理论值：，实际值：如图，,时，我们发现测出的，与理论值0.05s相同，在误差允许范围内理论值与测量值是相符合的。6、 比例积分微分环节取，理论值：实际值： 我们可以从图中发现，实测值的，误差较大。六、实验误差分析综合实验数据我们可以发现，在比例环节、惯性环节、积分环节和比例积分环节中，实验数据实测值与理论值误差极小，都处于5%以下。但是最后一个比例积分微分环节

8、（PID）中，误差很大。分析误差较大的原因，大致有以下几个：（1）实验由于微分的时间太短，较难捕捉到，把虚拟示波器的波形扩展到最大后但仍无法显示微分信号，因此，我们选择用一般的示波器观察，由于仪器之间存在干扰，因此存在较大的误差。（2）实验所使用的电阻和电容实际值与标定值差距较大。（3）仪器线路损坏。七、实验小结本次试验是第一次自动控制原理实验，因此需要我们前期较多的准备。王老师首先给我们介绍了试验箱的使用方法和软件的操作指南，叫我们熟悉了实验的基本操作方法。本次试验是典型环节的模拟研究，要求我们观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。在试验中，我们分别对六个典型环节进行试验，通过改变每个环节的电阻、电容等参数，