控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬

實(shí)驗(yàn)一控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜こ皖l掃描示波器的使用方法。掌握用運(yùn)放組成控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬電路。測(cè)量典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。(4)通過實(shí)驗(yàn)了解典型環(huán)節(jié)中參數(shù)的變化對(duì)輸出動(dòng)態(tài)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型 號(hào)備 注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2DJK15控制理論實(shí)驗(yàn)或DJK16控制理論實(shí)驗(yàn)3雙蹤慢掃描示波器或數(shù)子示波器4萬用表三、實(shí)驗(yàn)線路及原理以運(yùn)算放大器為核心元件，由其不同的R-C輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的各種典型環(huán)節(jié)，如圖8-1所示。圖中Zj「勺為復(fù)數(shù)阻抗，它們都是由R、C構(gòu)成。Z2基于圖中A點(diǎn)的電位為虛地，略去流入運(yùn)放的電流，則由圖8-1得:Z2上U。接示波器—uZ上U。接示波器G(，二一二玲 (1)UZ由上式可求得，由下列模擬電路組成的典型環(huán)節(jié)的想傳遞函數(shù)及其單位階躍響應(yīng)。比例環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)的模擬電路如圖8-2所示:G(S)=Z2 820KZ1=410K=2圖8-1運(yùn)放的反饋連接G(S)=Z2 820KZ1=410K=2圖8-1運(yùn)放的反饋連接Iui=-lVIRi=410KR2=820KUo接示波器圖8-2比例環(huán)節(jié)(2)慣性環(huán)節(jié)R(2)慣性環(huán)節(jié)R/CS 2 R+1/CS1R1-2 RRCS+1KTS+1取參考值Rj100K，R2=100K，C=1uFUi=-ivRiR2jo接示波器圖8-3慣性環(huán)節(jié)(3)積分環(huán)節(jié)G(S)=J冬Z1R1RCS_1_ts式中積分時(shí)間常數(shù)T=RC，取參考值R=200K，C=1uF±Ui=-lVRi接示波器Uo±Ui=-lVRi接示波器Uo圖8-4積分環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)(PD)，其接線圖如圖及階躍響應(yīng)如圖8-5所示。R/CS

R]+1/CS(R1CS(R1CS+1)Ritd=R1C,R=410K,C=0.1uF2=K(TdS+1)

其中td=R1C,R=410K,C=0.1uF2圖8-5比例微分環(huán)節(jié)比例積分環(huán)節(jié)，其接線圖單位階躍響應(yīng)如圖8-6所示。G(S)=R2+1/CSRiRR11RCSRR11=K(1+一)TS_(R2CS+1)=R1CS1

(1+ )R2CS(5)式中K=普，T2=R2C

R1參考值R1=100K R2=200K C=0.1uF接示波器接示波器圖8-6比例積分環(huán)節(jié)振蕩環(huán)節(jié)，其原理框圖、接線圖及單位階躍響應(yīng)波形分別如圖8-7、8-8所示。圖8-8為振蕩環(huán)節(jié)的模擬線路圖，它是由慣性環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)和一個(gè)反號(hào)器組成。根據(jù)它們的傳遞函數(shù)，可以畫出圖8-7所示的方框圖，圖中：K=R/R,T=RC,T=RC由圖(8)可求得開環(huán)傳遞函數(shù)為：TOC\o"1-5"\h\z2 1 1 21 2 32G(S)=——K一其中K=&\o"CurrentDocument"S(T1S+1) T則\o"CurrentDocument"UO(S)_ K K/T, ⑶2U?S)一TS2+S+廣S2+S/T1+K/T]一S2+20S+S2⑶=-,2如=-,&=—^-^=n\T nT 2Tw 2%.KT欲使圖8-8為振蕩環(huán)節(jié)，須調(diào)整參數(shù)K和T1，使0<￡1，呈欠阻尼狀態(tài)。即環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)呈振蕩衰減形式。圖8-7振蕩環(huán)節(jié)原理框圖圖8-7振蕩環(huán)節(jié)原理框圖分別畫出比例、慣性、積分、微分和振蕩環(huán)節(jié)的模擬電路圖。按下列各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的模擬電路的參數(shù)，觀察并記錄其單位階躍響應(yīng)波形。比例環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)比例積分環(huán)節(jié)(PI)分別畫出比例、慣性、積分、微分和振蕩環(huán)節(jié)的模擬電路圖。按下列各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的模擬電路的參數(shù)，觀察并記錄其單位階躍響應(yīng)波形。比例環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)比例積分環(huán)節(jié)(PI)G1(S)=1和G2(S)=2G1(S)=1/S和G2(S)=1/(0.5S)G1(S)=2+S和G2(S)=1+2SG1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1)G(S)=1+1/S和G(S)=2(1+1/2S)⑥震蕩環(huán)節(jié)五、思考題G(S)=KTS2+S+Ki100.1S2+S+10用運(yùn)放模擬典型環(huán)節(jié)時(shí)，其傳遞函數(shù)是在哪兩個(gè)假設(shè)條件下近似導(dǎo)出的？積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)主要差別是什么?在什么條件下，慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為積分環(huán)節(jié)?在什么條件下，又可以視為比例環(huán)節(jié)？如何根據(jù)階躍響應(yīng)的波形，確定積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)？六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)畫出六種典型環(huán)節(jié)