微機與自動控制原理 實驗報告書整理版

江南大學(xué)繼續(xù)教育與網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院微機與自動控制原理實驗報告書實驗名稱：實驗一典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗二典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性學(xué)習(xí)中心：無錫市現(xiàn)代遠程教育中心（江蘇無錫）專業(yè)：機械制造與自動化姓名：學(xué)號：同實驗者姓名：實驗時間：總評成績：評閱教師：成績評定文字圖表（30%）數(shù)據(jù)處理（40%）內(nèi)容完整（30%）

實驗一典型環(huán)節(jié)的模擬研究一、實驗?zāi)康牧私獠⒄莆誘AP-2教學(xué)實驗系統(tǒng)模擬電路的使用方法，掌握典型環(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方法，培養(yǎng)學(xué)生實驗技能。熟悉各種典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。了解參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。二、實驗儀器設(shè)備實驗設(shè)備名稱規(guī)格型號編號備注超低頻示波器一臺直流穩(wěn)壓電源（15V）一臺萬用表一塊三、實驗原始數(shù)據(jù) 實驗前選定典型換接模擬電路的元件（電阻，電容）參數(shù)各兩組。1.比例（P）環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)的模擬電路圖如圖1-1B所示，其傳遞函數(shù)為：比較式（1-1）和（1-2）得當(dāng)輸入為單位階躍信號，即時，，則由式（1-1）得到所以輸出響應(yīng)為 （1-4）其輸出波形如圖1-1C。2.積分（I）環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖1-2B所示。積分環(huán)節(jié)模擬電路的傳遞函數(shù)為比較式（1-5）和（1-6）得當(dāng)輸入為單位階躍信號，即即時，，則由式（1-5）得到 所以輸出響應(yīng)為 （1-8）其輸出波形如圖1-2C3.比例積分（PI）環(huán)節(jié)其傳遞函數(shù)為： （1-9）積分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖1-3B所示。積分環(huán)節(jié)模擬電路的傳遞函數(shù)為: （1-10）比較式（1-9）和（1-10）得 （1-11）當(dāng)輸入為單位階躍信號，即即時，，則由式（1-5）得到 所以輸出響應(yīng)為 （1-12）其輸出波形如圖1-3C4.比例微分（PD）環(huán)節(jié)其傳遞函數(shù)為 （1-13）比例微分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖1-4B所示。其傳遞函數(shù)為: （1-14）考慮到，所以 （1-15）比較式（1-13）和（1-15）得 （1-16）當(dāng)輸入為單位階躍信號，即即時，，則由式（1-5）得到 所以輸出響應(yīng)為 （1-17）其中為單位脈沖函數(shù)。式（1-17）為理想的比例微分環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)，考慮到比例微分環(huán)節(jié)的實際模擬電路（式（1-14），則實際的輸出響應(yīng)為： （1-18）圖1-4C和圖1-4D分別式比例微分環(huán)節(jié)的理想輸出波形和實際輸出波形。5.慣性（T）環(huán)節(jié)其傳遞函數(shù)為 （1-19）比例微分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖1-5B所示。其傳遞函數(shù)為: （1-20）比較式（1-13）和（1-15）得 （1-21）當(dāng)輸入為單位階躍信號，即即時，，則由式（1-19）得到 所以輸出響應(yīng)為 （1-22）其輸出波形如圖1-5C。6.比例積分微分（PID）環(huán)節(jié)其傳遞函數(shù)為 （1-23）比例積分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖1-6B所示。積分環(huán)節(jié)模擬電路的傳遞函數(shù)為: （1-24）考慮到，則式（1-24）可以近似為： （1-25）比較式（1-23）和（1-25）得 （1-26）當(dāng)輸入為單位階躍信號，即即時，，則由式（1-23）得到 所以輸出響應(yīng)為 （1-27）其中為單位脈沖函數(shù)。式（1-27）為理想的比例積分微分環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)，考慮到比例積分微分環(huán)節(jié)的實際模擬電路（式（1-24）），則實際輸出響應(yīng)為： （1-28）圖1-6C為理想PID輸出波形，圖1-6D為實際PID模擬電路的輸出波形。四、實驗觀測記錄環(huán)節(jié)PI參數(shù)R1=100KR1=200KC=1μFC=2μF階躍響應(yīng)波形理想實測環(huán)節(jié)PIPD參數(shù)C=1μFC=2μFR1=10KR1=20K階躍響應(yīng)波形理想實測環(huán)節(jié)PIDT參數(shù)R1=10KR1=20KC=1μFC=2μF階躍響應(yīng)波形理想實測五、思考題由運算放大器組成的各種換接的傳遞函數(shù)是再什么條件下推導(dǎo)出的？怎樣選用運算放大器？輸入電阻、反饋電阻的阻值范圍可以任意選用嗎？答：運算放大器組成的各種換接和傳遞函數(shù)是由在輸入阻抗高，輸出阻抗低的條件下推導(dǎo)出來的，通常選用通用放大器，但輸入電阻，反饋電阻的阻值不可以任意選用，會影響時間常數(shù)。圖1-1B,1-2B,圖1-3B，圖1-4B，圖1-5B，圖1-6B中若無后面一個比例換接，其傳遞函數(shù)有什么差別？答：導(dǎo)致相位相反。慣性環(huán)節(jié)在什么情況下可以近似為比例環(huán)節(jié)？而在什么情況下可近似為積分環(huán)節(jié)？答：當(dāng)T很小時，慣性環(huán)節(jié)可以近似為比例環(huán)節(jié)當(dāng)T很大的時候，慣性環(huán)節(jié)可以近似為積分環(huán)節(jié)。

實驗二典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測試技能。了解參數(shù)對系統(tǒng)瞬態(tài)性能及穩(wěn)定性的影響。二、實驗儀器設(shè)備實驗設(shè)備名稱規(guī)格型號編號備注MFTCS教學(xué)實驗板直流穩(wěn)壓電源（15v）示波器萬用表三、實驗原始數(shù)據(jù) 實驗前按給定參數(shù)算出二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)，，，的理論值。應(yīng)用模擬電路來模擬典型二階系統(tǒng)和典型三階系統(tǒng)。四、實驗觀測記錄1．二階系統(tǒng)RK1/S1/SVEMBEDEquation.3V理論值實測值理論值實測值理論值實測值25025100.21552.7%50%0.3210.326121.705770.77.07100.70710.54.3%5%0.4440.43480.5660.7525505101////10.580.5686252.5102////2.00671.491.39632．三階系統(tǒng)RK輸出波形穩(wěn)定性1005穩(wěn)定4712臨界2520不穩(wěn)定五、思考題1、在實驗線路中如何確保系統(tǒng)實現(xiàn)負反饋？如果反饋回路中有偶數(shù)個運算放大器，則構(gòu)成什么反饋？2、如圖2-1所示二階系統(tǒng)，改變增益會發(fā)生不穩(wěn)