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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。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 时域性
2、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，点击匕按 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 创按钮，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
3、后鼠标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% Ymax 100%YTp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%稳态值所需的时间值，便可得到Tp与Tso四、实验容1.2.3.4.VID/A1R2 eoo(E u i-i惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2 oR1in辔D/A1 C lufIIR2E叫KG (S) = K/TS+1-K=R2/R1 , T=R2C A/DlS 1-Z积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。U2A/D1G (S) =1/TST=RCU1 Di/Al微分环节的模拟电路及
4、传递函数如图14J1D/A1C 0. Oluf1RLDOKU2VD1G (S) = RCS构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应:比例环节的模拟电路及其传递函数如图 1-1 oE 1-45. 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）oAm閣1-5G (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1-6R1 100K nfkrR22usA/DlG (S) =K (1+1/TS)K=R2/R1，T=R2C图1-6五、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
5、信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原 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 凹按钮，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
6、/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。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
7、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332.00X10-3336.00X10-3100K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82.00X10-380.00X10-3T=0.1S比例+积分环节501.00
8、X10-3504.00X10-3比例环节24.50X10-324.00X10-3R1=100K惯性环节825.00X10-3828.00X10-3R2=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66.00X10-368.00X10-3T=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：1R1=100KR2=200K:测冷单游标时间 WRXI:24. 00X2;400.00|K1-J2|:376.00童厂 双游标电 MWY1:-2. 03Y2:-2.
9、8S|Y1-Y2|:i 83X 时I间轴坐 Gni) . BT2.000000 Y 电區釉坐擁 CV) : -4 882353R1=R2=100K :側单游标时闻曲)XI;26.00K2;CI.CIQIK1-K2I :29,00S!厂觀游标电圧(V)Y1;-1.03Y2:O.OD|Y1-Y2| :1.03X时间釉坐标98D OMJD Y电压轴坐标(V) ； -1.941176参数设置2.惯性环节R1=1OOK R2=200K :團停单游标时阖(MS)XI：828.03K2:0. 00II1-Z2II：828.00M r双游标电压mYl；-2. ao72：n. no|Y1-Y2|：2. DOX
10、时间無坐:标 GnG，1040.000000 丁皑压無坐(V) : -4 794117R1=R2=100K :fM阳单游标时间(ms)XL:336.00X2:0.00|X1-X2|:335.LIOL双蹄电压mYL:-1. COY2:0-00|Y1-Y2|:1. aoX 时闾轴坐标(jns). 732. OOOOOO T 电压;轴坐标(V： -2. 764T0S3.积分环节R=100K C=1uF:20001000.1200.100. 1GOOY1电圧柚坐标CV)时1 间轴仝标(m = ) - S72. 0000C0单游标旳问取游标电压bUB. UU4. 9TU. UU IKL-Xzl0.uo
11、iTl-TZlf KJa2004.微分环节R=100KC=0.01uf:5.例+微分环节R1=R2=100K :|i|：|-单游标 时闻Cms)XI:80. 03K2:0. 00X1-I2I:80. 00巔|r双游标电压Cv)Ylz-1. 03Y2：n. naTl-T2| :1.03茶时问期坠怵On叩 114.00000 r电压轲世标(Y). -a. 9T0536R1= 100KR2=200K:Ha 单游标时 i5i(mis)hi：se. oa盟空；o.oo|xi-X2|:sa. on广 双游标电压XI:5 04 00XZ:gH og|K1-XZ|:504, DOr取游标电屋(V)T1 一4 972:oB 00|YL-TSl:4, 97X旳间轴坐标Ong). U ouuuoa Y电压轴坐你(V)： -4 341 ITSR1= 100KR2=200K:七、实验总结通过这次实验，我掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法和控制系统时 域性能指标的测量方法。这次实验后，我更加了解到，各种典型信号的响应不只 是理论知识，在实际的实验中，各种原因可能会影响到系统的稳定性和输出值， 需要我们更加细心的做好各个部分的准备工作。这是我们第一次做自动控制原理 实验，也是我们第一次用 EL-AT-II型自动控制系统实验箱和相应的软件，许多地方还不 熟，相信以后的实验我会做得更加熟练。
