自控实验报告-典型环节的电模拟及阶跃响应分析

实验一 典型环节的电模拟及阶跃响应分析

一、实验目的

1.学习典型环节的电模拟方法及参数测试方法；

2.观察典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响；

3.学习虚拟仪器（低频示波器）的使用方法；

4.学习使用MATLAB中SIMULINK的使用，进行时域法分析；

5.了解虚拟实验的使用方法；

二、实验设备及仪器

1．模拟试验箱

2．抵频信号发生器

3．虚拟仪器（低频示波器）

4．计算机

5．MATLAB仿真软件

三、实验准备

实验准备：

（1）检查线。检查试验中所要用的连接线以及阶跃信号是否存在问题。将连接线的一头插在+5V的阶跃信号上上，另一头接在LED显示灯上。按下脉冲信号，若灯亮，则表示线是完好的，并且阶跃信号也是好的。反之，此线不可在实验中使用。

（2）检查测量电阻。把万用表跳到电阻档，依次检查试验中要用到的不同值电阻。若与试验所要求的值差别太大，做上标记，不在实验中使用。完好的电阻打上“√”。

（3）检查运算放大器。将脉冲信号之后接一个390K电阻，然后接放大器，反向端进入，然后用万用表依次测量放大器输入端和输出端是否为+1V和-1V,若为此结果，则表示放大器完好。

（4）检查电路板上是否有虚焊点的存在。

四、实验内容

1.惯性环节（一阶系统）：

G(s)=,,

电路图如图所示：

从输入端加入阶跃信号

a.令K=1，观察T=1s,2s时的波形，记录ts

计算元件的设定参数：

令K=1，即R1=R2=100K;

当T=1s时，C= = =10u

当T=1s时，C= = =20u

即K=1，T=1s时，R1=R2=100K，C= =10u

  K=1，T=2s时，R1=R2=100K，C= =20u

数据记录：  K=1

K=1，T=2s时,实验波形如图所示：

b. 保持T=1s不变，分别观察K=1、2时的输出波形，并作记录ts。

令T=1s

当K=1时,R1=R2=100K,C= = =10u

当K=2时,R1= 100K, R2=200K, C= = =5u

即K=1，T=1s时，R1=R2=100K，C= =10u

  K=2，T=1s时，R1=100K, R2=200K,C= =5u

数据记录：  T=1s

K=1，T=1s时,实验波形如图所示：

K=2，T=1s时,实验波形如图所示：

MATLAB 仿真：

(1)如图所示连接系统；

(2)在Simulation/Simulation parameters中将仿真时间(Stop Time )设置为10秒；

(3)单击Simulation/Start开始仿真，打开示波器Scope显示仿真结果；

(4)令K=1，分别观察T=1s,T=2s时的仿真结果的变化；

(5)令T=1s，分别观察K=1,K=2时的仿真结果的变化；

K=1，T=1s时,仿真如图所示：

系统连接图：

仿真结果：

                    惯性 K=1，T=1s

K=1，T=2s时,仿真如图所示：

系统连接图：

仿真结果：

                       惯性 K=1，T=2s

K=2，T=1s时,仿真如图所示：

系统连接图：

仿真图形

计算ts理论值：(取=2%)

K=1，T=1s  ts=4T=4s    误差= 

K=1，T=2s  ts=4T=8s    误差= 

K=2，T=1s  ts=4T=4s    误差=     

2.震荡环节：

从输入端加入阶跃信号，分别观察ξ=0.1、0.5、1时的输出波形，并记录

计算元件的设定参数：

T=0.1s

当ξ=0.1时

R1=100K, R2===500K, C===0.2u

当ξ=0.5时

R1=100K, R2===100K, C===1u

当ξ=1时

R1=100K, R2===50K, C===2u

即T=0.1s，ξ=0.1时，R1=100K, R2=500K, C=0.2u

  T=0.1s，ξ=0.5时，R1=100K, R2=100K, C=1u

  T=0.1s，ξ=1时，R1=100K, R2=50K, C=2u

实验数据记录

附实验波形：

T=0.1s，ξ=0.1时的实验波形如下图所示：

T=0.1s，ξ=0.5时的实验波形如下图所示：

T=0.1s，ξ=0.5时的实验波形如下图所示：

MATLAB仿真：

（1）如图所示连接系统：

 （2）在Simulation/Simulation parameters中将仿真时间(Stop Time )设置为10秒；

 （3）单击Simulation/Start开始仿真，打开示波器Scope显示仿真结果；

 （4）观察T=0.1s, ξ=0.1、0.5 、0.7、1时的仿真结果。

T=0.1s，ξ=0.1时仿真如图所示

  T=0.1s，ξ=0.5时仿真如图所示

T=0.1s，ξ=1时仿真如图所示：

五、结果分析

惯性环节：

对于惯性环节来说，T越大，惯性越大，调节时间也就越大。

当T不变，仅仅改变K时，调节时间变化不大。

震荡环节：

阻尼比越大，调节时间越小，超调量也越小，当阻尼比接近于1时，超调量接近于0