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1、江南大学 继续教育与网络教育学院 微机与自动控制原理 实验报告书实验名称：实验一 典型环节的模拟研究实验二 典型系统瞬态响应和稳定性 学习中心：无锡市现代远程教育中心（江苏无锡）专业：机械制造与自动化 批次：201309姓名：曹佳军 证件号码：320283198708013951 学号：913911484同实验者姓名：黄海光、高雁、曹佳军、吴惠刚、蒋国荣、朱国兴、刘贞元实验时间：2014.11.6总评成绩： 评阅教师：成绩评定文字图表（30%）数据处理（40%）内容完整（30%）实验一 典型环节的模拟研究一、实验目的1. 了解并掌握TAP-2教学实验系统模拟电路的使用方法，掌握典型环节模拟电路
2、的构成方法，培养学生实验技能。2. 熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。3. 了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验仪器设备实验设备名称规格型号编号备注1. 超低频示波器一台2. 直流稳压电源（15V）一台3. 万用表一块三、实验原始数据实验前选定典型换接模拟电路的元件（电阻，电容）参数各两组。1. 比例（P）环节 比例环节的模拟电路图如图1-1B所示，其传递函数为：比较式（1-1）和（1-2）得 当输入为单位阶跃信号，即时，则 由式（1-1）得到所以输出响应为（1-4）其输出波形如图1-1C。2. 积分（I）环节积分环节的模拟电路如图1-2B所示。积分环节模拟电路的传递函数为比较式（1-
3、5）和（1-6）得当输入为单位阶跃信号，即即时，则由式（1-5）得到所以输出响应为（1-8）其输出波形如图1-2C3. 比例积分（PI）环节其传递函数为：（1-9）积分环节的模拟电路如图1-3B所示。积分环节模拟电路的传递函数为:（1-10）比较式（1-9）和（1-10）得（1-11）当输入为单位阶跃信号，即即时，则由式（1-5）得到所以输出响应为 （1-12）其输出波形如图1-3C4. 比例微分（PD）环节其传递函数为（1-13）比例微分环节的模拟电路如图1-4B所示。其传递函数为:（1-14）考虑到，所以（1-15）比较式（1-13）和（1-15）得（1-16）当输入为单位阶跃信号，即即时
4、，则由式（1-5）得到所以输出响应为（1-17）其中为单位脉冲函数。式（1-17）为理想的比例微分环节的输出响应，考虑到比例微分环节的实际模拟电路（式（1-14），则实际的输出响应为：（1-18）图1-4C和图1-4D分别式比例微分环节的理想输出波形和实际输出波形。5. 惯性（T）环节其传递函数为（1-19）比例微分环节的模拟电路如图1-5B所示。其传递函数为:（1-20）比较式（1-13）和（1-15）得（1-21）当输入为单位阶跃信号，即即时，则由式（1-19）得到所以输出响应为（1-22）其输出波形如图1-5C。6. 比例积分微分（PID）环节其传递函数为（1-23）比例积分环节的模拟电
5、路如图1-6B所示。积分环节模拟电路的传递函数为:（1-24）考虑到，则式（1-24）可以近似为：（1-25）比较式（1-23）和（1-25）得（1-26）当输入为单位阶跃信号，即即时，则由式（1-23）得到所以输出响应为（1-27）其中为单位脉冲函数。式（1-27）为理想的比例积分微分环节的输出响应，考虑到比例积分微分环节的实际模拟电路（式（1-24），则实际输出响应为：（1-28）图1-6C为理想PID输出波形，图1-6D为实际PID模拟电路的输出波形。四、实验观测记录环节PI参数R1=100KR1=200KC=1FC=2F阶跃响应波形理想实测环节PIPD参数C=1FC=2FR1=10KR
6、1=20K阶跃响应波形理想实测环节PIDT参数R1=10KR1=20KC=1FC=2F阶跃响应波形理想实测五、思考题1 由运算放大器组成的各种换接的传递函数是再什么条件下推导出的？怎样选用运算放大器？输入电阻、反馈电阻的阻值范围可以任意选用吗？答：运算放大器组成的各种换接和传递函数是由在输入阻抗高，输出阻抗低的条件下推导出来的，通常选用通用放大器，但输入电阻，反馈电阻 的阻值不可以任意选用，会影响时间常数。2 图1-1B, 1-2B,图1-3B，图1-4B，图1-5B，图1-6B中若无后面一个比例换接，其传递函数有什么差别？答：导致相位相反。3 惯性环节在什么情况下可以近似为比例环节？而在什么
7、情况下可近似为积分环节？答：当T很小时，惯性环节可以近似为比例环节 当T很大的时候，惯性环节可以近似为积分环节。实验二 典型系统瞬态响应和稳定性一、实验目的1. 学习瞬态性能指标的测试技能。了解参数对系统瞬态性能及稳定性的影响。二、实验仪器设备实验设备名称规格型号编号备注 MFT CS教学实验板直流稳压电源（15v）示波器万用表三、实验原始数据实验前按给定参数算出二阶系统的性能指标，的理论值。应用模拟电路来模拟典型二阶系统和典型三阶系统。四、实验观测记录1二阶系统RK1/S1/SVV理论值实测值理论值实测值理论值实测值25025100.21552.7%50%0.3210.326121.7057
8、70.77.07100.70710.54.3%5%0.4440.43480.5660.7525505101/10.580.5686252.5102/2.00671.491.39632三阶系统RK输出波形稳定性1005稳定4712临界2520不稳定五、思考题1、在实验线路中如何确保系统实现负反馈？如果反馈回路中有偶数个运算放大器，则构成什么反馈？2、如图2-1所示二阶系统，改变增益会发生不稳定现象吗？3、有那些措施增加系统稳定度？它们对系统的性能还有什么影响？答： 改进措施:1,比例+微分控制:具有提前修正作用,可改善性能2,速度反馈控制:可增大系统阻尼比3,加入校正装置4、实验中阶跃输入信号的幅值范围应该如何考虑？答：不要超过芯片电源电压1
