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自动控制原理实验报告——合肥工业大学

2024-02-17 来源:个人技术集锦
实验一 典型环节的模拟研究一 、实验要求 了解和掌握各典型环节的传递函数及模拟电路图,观察和分析各典型环节的响应曲线。二、 实验原理(典型环节的方块图及传递函数)三.实验内容及步骤在实验中欲观测实验结果时,可用普通示波器,也可选用本实验机配套的虚拟示波器。 如果选用虚拟示波器,只要运行LCAACT程序,选择自动控制菜单下的典型环节的模拟研究实验项目,再选择开始实验,就会弹出虚拟示波器的界面,点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器(B3)单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1.观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模似电路如图1-1-1所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K、200K来改变比例参数。 实验步骤: 注:‘S ST’不能用“短路套”短接!

(1)将信号发生器(B1)中的阶跃输出0/+5V作为系统的输入信号(Ui)。

(2)安置短路套、联线,构造模拟电路:(a)安置短路套

(b)测孔联线

(3)虚拟示波器(B3)的联接:示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT(Uo)。

注:CH1选‘X1’档,CH2置‘0’ 档。(4)运行、观察、记录:

按下信号发生器(B1)阶跃信号按钮时(0→+5V阶跃),用示波器观测A6输出端(Uo)的实际响应曲线Uo(t),且将结果记下。改变比例参数(改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1),重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表1-1-1。

当R1=200K的电路与相应曲线

当R1=100K的电路与相应曲线

2.观察惯性环节的阶跃响应曲线

典型惯性环节模似电路如图1-1-2所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电容C =1uf、2uf来改变时间常数。

实验步骤:注:‘S ST’不能用“短路套”短接!

(1)将信号发生器(B1)中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入(Ui)。(2)安置短路套、联线,构造模拟电路:

(a)安置短路套

(b)测孔联线

(3)虚拟示波器(B3)的联接:示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT(Uo)。

注:CH1选‘X1’档,CH2置‘0’ 档。(4)运行、观察、记录:

按下信号发生器(B1)阶跃信号按钮时(0→+5V阶跃),用示波器观测A6输出端(Uo)的实际响应曲线Uo(t),且将结果记下。改变时间常数(改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C),重新观测结果, 其实际阶跃响应曲线见表1-1-1。

下图为实验电路以及示波器显示的波形

C =1uf时的电路图与相应曲线示波器显示:

当C =1uf时的电路图与相应曲线示波器显示:

3.观察积分环节的阶跃响应曲线

典型积分环节模似电路如图1-1-3所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电容C=1uf、2uf来改变时间常数。 实验步骤:

(1)为了避免积分饱和,将函数发生器(B5)所产生的周期性方波信号(OUT),

代替信号发生器(B1)中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入(Ui):

a.将函数发生器(B5)中的插针‘S ST’用短路套短接。b.将S1拨动开关置于最上档(阶跃信号)。

c.信号周期由拨动开关S2和“调频”旋钮调节,信号幅度由“调幅”旋钮调节,

以信号幅值小,信号周期较长比较适宜(频率在0.3Hz左右,幅度在1V左右)。

(2)安置短路套、联线,构造模拟电路:

(a)安置短路套

(b)测孔联线

(3)虚拟示波器(B3)的联接:示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT(Uo)。

注:CH1选‘X1’档,CH2置‘0’ 档。(4)运行、观察、记录:

按下信号发生器(B1)阶跃信号按钮时(0→+5V阶跃),用示波器观测A6输出端(Uo)的实际响应曲线Uo(t),且将结果记下。改变时间常数(改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C),重新观测结果, 其实际阶跃响应曲线见表1-1-1。

下图为实验电路以及示波器显示的波形

实验4,用‘扫频法’测量系统的对数幅频曲线和相频曲线

幅频曲线

相频曲线

二、MATLAB语言与控制系统仿真

实验任务:

4-11

绘制(a)(b)的根轨迹图

绘制(a)(b)的单位阶跃响应图,分析比例-微分校正器的作用

5-4

绘制(1)(3)的奈氏图绘制(2)(4)的伯特图

MATLAB 函数说明:

根轨迹

rlocus( )

格式1:rlocus(num,den)

num和den是系统开环传函GK(s)分子和分母多项式的系数。功能:绘制系统根轨迹。

频率法

nyquist( )

格式:nyquist(num,den)

num和den是开环传递函数的分子和分母多项式的系数。功能:绘制系统的乃氏曲线。

bode( )

格式:bode(num,den)

num和den是开环传递函数的分子和分母多项式的系数。功能:绘制系统的bode图。4-11(A)实验程序:根轨迹图:

rlocus( [5],[5,1,0])

4-11(B)

rlocus( [4,5],[5,5,5])

5-4(1)奈氏图

nyquist([2],[16,10,1])

(2)伯特图bode([50],[6,7,7,1,0,0])

(3)奈氏图nyquist([10,2],[1,0.1,0,0])

(4)伯特图 bode([8,0.8],[1,5,30,29,25,0])

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