自动控制实验一典型环节及其阶跃响应分析.doc

广东工业大学实验报告

分数：

实验题目 典型环节及其阶跃响应分析

一、实验目的
1、掌握控制模拟实验的基本原理和一般办法。
2、掌握控制系统时域性指标的测量方法。

二、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，还可以进一步分析参数对系统性能的影响。

三、实验仪器
1、EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台
2、计算机一台

四、实验内容
1、比例环节
比例环节的模拟电路及其传递函数如下

G(S)=-R2/R1 K=R2/R1

当R2=200K时，其输出波形如下图：

由上图可得，实际K=2449/1029=2.37
理论值K=2
误差：y=|k`- k|/ k *100% =|2.37-2|/2*100% =18.5%

当R2=400K时，其输出波形如下图：

由上图可得，实际K=4389/1029=4.27
理论值K=4
误差：y=|k`- k|/ k *100% =|4.27-4|/4*100% =6.75%

数据分析：从图中可以看出，比例环节最大的特点就是时间响应快，一旦有输入信号，输出立即响应。且实际K存在一定误差，分析电路可知，误差是由R1、R2的实际值存在偏差而导致的，同时和放大器的结构参数也有关系。

2、惯性环节
惯性环节的模拟电路及其传递函数如下

G(S)=-K/TS+1
K=R2/R1 T=R2C

当C=1uF时，其输出波形如下图：

由上图可得，实际T=0.076s
理论值T=0.1s
误差：η1=|T`- T|/ T *100% =|0.076-0.1|/0.1*100% =24%

当C=2uF时，其输出波形如下图：

由上图可得，实际T=0.169s 理论值T=0.2s
误差：η2=|T`- T|/ T *100% =|0.169-0.2|/0.2*100% =15%

当C=5uF时，其输出波形如下图：

由上图可得，实际T=0.507s 理论值T=0.5s
误差：η3=|T`- T|/ T *100% =|0.507 -0.5|/0.5*100% =1.4%

数据分析：由上可得，在惯性环节中，时间常数T越大，动态过程的快速性越差，系统跟踪单位阶跃信号越慢。实际T存在一定误差，分析电路可知，误差是由实际实验中R1、R2、C的值和放大器的结构参数存在偏差而导致的。

3、积分环节
积分环节的模拟电路及其传递函数如下

G(S)=1/TS
T=RC

当C=0.1uF时，其输出波形如下图：

由上图可得， 1/T=4959/52=95.37, 实际T=0.0105s
理论值T=0.01s
误差：η1=|T`- T|/ T *100% =|0.0105-0.01|/0.01*100% =5%

当C=1uF时，其输出波形如下图：

由上图可得， 1/T=1971/200=9.855，实际T=0.101s
理论值T=0.1s
误差：η2=|T`- T|/ T *100% =|0.101-0.1|/0.1*100% =1%

当C=2uF时，其输出波形如下图：

由上图可得， 1/T=3681/708=5.25，实际T`=0.190s
理论值T=0.2s
误差：η3=|T`- T|/ T *100% =|0.190-0.2|/0.2*100% =5%

数据分析：由上可得积分环节输出量与时间成正比增长，增长的速度和时间常数T有关，T越小，增长越快。当C=0.1uf时，T最小，而增长速度最快；波形图曲线越陡。实际T存在一定误差，分析电路可知，误差是由实际实验中R、C的值和放大器的结构参数存在偏差而导致的。