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南昌大学实验报告学生姓名:黄佐财 学 号: 专业班级:电力系统082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:典型环节的模拟研究二、实验规定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 观测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、重要仪器设备及耗材1计算机一台(Windows XP操作系统)2AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套3LabACT6_08软件一套四、实验内容和环节1)观测比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示(1)用信号发生器(B1)的阶跃信号输出 和幅度控制电位器构造输入信号(Ui):B1单元中电位器的左边K3 开关拨下(GND),右边K4 开关拨下(0/+5V阶跃)。阶跃信号输出(B1的Y 测孔)调整为4V(调节方法:按下信号发生器(B1)阶跃信号按钮,L9 灯亮,调节电位器,用万用表测量Y 测孔)。(2)构造模拟电路:按图3-1-1安顿短路套及测孔联线。(3)运营、观测、记录:(注:CH1选1档。时间量程选1档) 打开虚拟示波器的界面,点击开始,按下信号发生器(B1)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)。 改变比例系数(改变运算模拟单元A1 的反馈电阻R1),重新观测结果,填入实验报告。2)观测惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。(1)用信号发生器(B1)的阶跃信号输出 和幅度控制电位器构造输入信号(Ui):B1单元中电位器的左边K3 开关拨下(GND),右边K4 开关拨下(0/+5V阶跃)。阶跃信号输出(B1的 Y 测孔)调整为4V(调节方法:按下信号发生器(B1)阶跃信号按钮,L9 灯亮,调节电位器,用万用表测量Y 测孔)。(2)构造模拟电路:按图3-1-4安顿短路套及测孔联线。(3)运营、观测、记录:(注:CH1选1档。时间量程选1档) 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),按下信号发生器(B1)阶跃信号按钮时(0+4V阶跃),等待完整波形出来后,移动虚拟示波器横游标到4V(输入)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(Uo)的实际响应曲线Uo(t)。 改变时间常数及比例系数(分别改变运算模拟单元A1 的反馈电阻R1 和反馈电容C),重新观测结果,填入实验报告。3)观测积分环节的阶跃响应曲线典型积分环节模拟电路如图3-1-5 所示。(1)为了避免积分饱和,将函数发生器(B5)所产生的周期性矩形波信号(OUT),代替信号发生器(B1)中的人工阶跃输出作为系统的信号输入(Ui);该信号为零输出时,将自动对模拟电路锁零。 在显示与功能选择(D1)单元中,通过波形选择按键选中矩形波(矩形波指示灯亮)。 量程选择开关S2置下档,调节“设定电位器1”,使之矩形波宽度1 秒左右(D1 单元左显示)。 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 1V(D1单元右显示)。(2)构造模拟电路:按图3-1-5安顿短路套及测孔联线。(3)运营、观测、记录:(注:CH1 选1档。时间量程选1档) 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(即积分输出电压接近+5V)为止。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(与输入相等)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)。 改变时间常数(分别改变运算模拟单元A1 的输入电阻Ro和反馈电容C),重新观测结果,填入实验报告。(3)运营、观测、记录:(注:CH1 选1档。时间量程选1档) 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(即积分输出电压接近+5V)为止。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(与输入相等)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)。 改变时间常数(分别改变运算模拟单元A1 的输入电阻Ro和反馈电容C),重新观测结果,填入实验报告。(可将运算模拟单元A1 的输入电阻的短路套(S4)去掉,将可变元件库(A11)中的可变电阻跨接到A1 单元的H1 和IN 测孔上,调整可变电阻继续实验。4)观测比例积分环节的阶跃响应曲线典型比例积分环节模拟电路如图3-1-8所示.。(1)为了避免积分饱和,将函数发生器(B5)所产生的周期性矩形波信号(OUT),代替信号发生器(B1)中的人工阶跃输出作为系统的信号输入(Ui);该信号为零输出时将自动对模拟电路锁零。 在显示与功能选择(D1)单元中,通过波形选择按键选中矩形波(矩形波指示灯亮)。 量程选择开关S2置下档,调节“设定电位器1”,使之矩形波宽度1 秒秒左右(D1单元左显示)。 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 1V(D1 单元右显示)。(2)构造模拟电路:按图3-1-8安顿短路套及测孔联线。(3)运营、观测、记录:(注:CH1选1档。时间量程调选1档) 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)。 待完整波形出来后,移动虚拟示波器横游标到1V(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。 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。 改变时间常数及比例系数(分别改变运算模拟单元A5 的输入电阻Ro和反馈电容C),重新观测结果,填入实验报告。5)观测比例微分环节的阶跃响应曲线典型比例微分环节模拟电路如图3-1-9所示。(1)将函数发生器(B5)单元的矩形波输出作为系统输入R。(连续的正输出宽度足够大的阶跃信号) 在显示与功能选择(D1)单元中,通过波形选择按键选中矩形波(矩形波指示灯亮)。 量程选择开关S2置下档,调节“设定电位器1”,使之矩形波宽度1 秒左右(D1 单元左显示)。 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 0.5V(D1单元右显示)。(2)构造模拟电路:按图3-1-9安顿短路套及测孔联线。(3)运营、观测、记录: CH1 选1档。时间量程选4档。 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0.632,得到V=2.7V。 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,再移动虚拟示波器两根纵游标,从阶跃开始到曲线的交点,量得t=0.048S。 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:T K t 0.48S6)观测PID(比例积分微分)环节的响应曲线PID(比例积分微分)环节模拟电路如图3-1-11 所示。(1)为了避免积分饱和,将函数发生器(B5)所产生的周期性矩形波信号(OUT),代替信号发生器(B1)中的人工阶跃输出作为系统的信号输入(Ui);该信号为零输出时将自动对模拟电路锁零。 在显示与功能选择(D1)单元中,通过波形选择按键选中矩形波(矩形波指示灯亮)。 量程选择开关S2置下档,调节“设定电位器1”,使之矩形波宽度0.1秒左右(D1单元左显示)。 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 0.2V(D1 单元右显示)。(2)构造模拟电路:按图3-1-11 安顿短路套及测孔联线。(3)运营、观测、记录: (CH1选1档。时间量程选4档) 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)。 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。 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。注意:该实验由于微分的时间太短,较难捕获到,必须把波形扩展到最大(/4 档),但有时仍无法显示微分信号。定量观测就更难了,因此,建议用一般的示波器观测。 改变时间常数及比例系数(分别改变运算模拟单元A2 的输入电阻Ro和反馈电阻R1),重新观测结果,填入实验报告。五、实验数据及解决结果六、思考、讨论或体会或对改善实验的建议在做测试技术的实验前,我认为不会难做,就像以前做物理实验同样,做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我受益匪浅。在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,由于这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做应变片的实验,你要清楚电桥的各种接法,假如你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个环节,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.做实验时,老师还会根据自己的亲身体会,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们结识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛。通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅。七、参考资料1自动控制理论,王时胜、曾明如、王俐等,江西科技出版社2自动控制理论,夏德钤主编,机械工业出版社3自动控制理论,胡寿松,航空工业出版社
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