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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。二、实验设备1EL-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时域性能指
2、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）鼠标单击艺按钮，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
3、参数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 量：Y - Yb % = max &X 100%YgT与T :PS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，便可得到人与匕。四、实验内容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。1.R1R220 0K11V2.A/D1G（S）=R2/R12.丫 图 i-i惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。C luf| IIR2OQKR1U1E/A.1 U2VD1G (S)=K二R2/R1，K/TS+
4、1T=R2C3. 團 1-2积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。C lufIIU2VD14.團1-3微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。G (S) =1/TST=RCJI C luf 叭 1 |_C 0. Oluf IIRLOOIfUEk/ElG(S)= RCS图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）。R1100K -4=1-R2Ul_D/A1LOOKU2A/Dl精品圏1-EG(S)二 K (TS+1)K二R2/R1, T二R2C6比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6G(S)=K (1 + 1/TS)K二R2/R1, T=R2C五、实验
5、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鼠标单击丄按钮，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
6、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，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
7、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/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28.50X10-328.00X10-3R1=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82.00X
8、10-380.00X10-3T=0.1S比例+积分环节501.00X10-3504.00X10-3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：1 R1=100K R2=200K：R1=R2=100K：画 F单游标时阖(ms)K1;28.00K
9、2;0.00|K1-K2|;28.00圜广双游标电压(V)Y1：-1.03Y2：0.00|Y1-Y2|:1.03工时间轴坐标血】：930. 000000Y电压轴坐标(V)： -4.941176参数设置2惯性环节R1=100K R2=200K：-J r 3-j 匸1 0 0-1aVL-3j -4.200.400.600.300.1000.1200.1400.1600.1800.2000.HO单游标时间（mG KI:82B. 00 K2:0. 00|X1-K2| :828. 00双游标 电压【巧 Y1:nn Y2：n. nn |yi-y?| :2. nn:X时间轴坐标5 : 1040.000000
10、 T电压轴坐标（V: -4. 7941L7R1=R2=100K：11 F单游标时间（JTLS）KL:336. 00X2:0. 00|X1-K2| :336. 001:JS-:iJ&j| r双游标电压（V）YL:-1. 00Y2:0. 00|Y1-2| :1.00X时间轴坐标Gns）: 732. 000000 T电压轴坐标（V） ： -2. T64TO63.积分环节H(-* 单游标a- fwl Cms)Xi：CiUB. uuxz：u. uuIxi-xzl ：tiua. uu恐游标(V)Yl：-4. y7iz：u. uu|n-Yz| :4. y7It 时间轴坐标(m = ) : S72. 0000
11、00 电压轴坐标 CV)： -3.5SS235匚11 _ I .-rv-11 -?、L -3j -4r -R.200.400.GOO.BOO.1000.1200.1400. 1GOO. 1 000.2000.R=100K C=1uF：4微分环节R=100K C=0.01uf：测凸单游标时间(ms)KL：55.00K2：0.00|K1-K2|:56.00:_ra.；r双游标电压(5)Y1:-0.03Y2:0. 00|Y1-Y2|:0. 03X 时间轴坐标 Gns): 1096.000000 Y 电压轴坐标(V： -1.2352945. 例+微分环节R1=R2=100K：S1疔单游标时间Cms)XI:8CL OU X2:0. 001A1-A2 1 :8CL 00圏广飓游标电压CV)Y1:- K Y2:n. nn |ti-Y2| :1. 口？X 时问轴生林 Gnz). 1146. 000000Y屯压轴虽标(V? . -4. 9T05SBIR1= 100K R2=200K ：6比例+积分R1=R2=100
