輪機自動化基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書

1、輪機自動化實驗指導(dǎo)書實驗一：一階、二階系統(tǒng)響應(yīng)實驗一、實驗?zāi)康模?. 觀察一階慣性階躍響應(yīng)，定性了解參數(shù)變化對一階系統(tǒng)性能的影響。2. 觀察二階級系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，了解參數(shù)變化對系統(tǒng)輸出響應(yīng)的影響二、實驗設(shè)備1XM-1型系統(tǒng)模擬實驗儀一套2低頻示波器一臺三、實驗步驟與內(nèi)容1步驟(1)開啟電源前先將所有運算放大器接成比例狀態(tài)，拔去不用的導(dǎo)線。(注意：必須在斷開電源的條件下接線，以免損壞元件)(2)閉合電源后檢查供電是否正常。分別將各運算放大器調(diào)零，并用示彼器觀察調(diào)整好方波信號。(3)斷開電源后按圖接好線，由信號源引出方波信號接到環(huán)節(jié)輸入端。(4)閉合電源，調(diào)節(jié)有關(guān)旋鈕，觀察階躍響應(yīng)波形。2內(nèi)容：(

2、一) 一階慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)1一階慣性環(huán)節(jié) 系統(tǒng)方框圖如下： 模擬線路圖 圖1 一階慣性環(huán)節(jié)按圖1接線（注：接地電阻不需要接，儀器內(nèi)部已接好，以后模擬圖中均省略），在輸入端加入單位階躍信號（通過E點開關(guān)手動控制），輸出端接示波器。 保持信號不變，改變C和R2，觀察輸出波形。時間常數(shù)慣性環(huán)節(jié)0.01S0.1S1S10S輸入波形輸出波形 2二階系統(tǒng)（振蕩環(huán)節(jié)） 系統(tǒng)方框圖如下： 模擬線路圖為： 圖2 二階系統(tǒng)實驗內(nèi)容： 按圖2接線，在輸入端加入單位階躍信號，輸出端接示波器，改變電阻R0及RW，使 = 0，0.2，0.5，0.7，1，觀察記錄波形并測量峰值MP，穩(wěn)態(tài)值M，及調(diào)節(jié)時間tS，計算超調(diào)量%

3、。 實驗參考數(shù)據(jù)如下： 1）R0 = 200K， = 0 ( = 0 ) 2）R0 = 200K， = 0.2 ( = 0.2 ) 3）R0 = 200K， = 0.5 ( = 0.5 ) 4）R0 = 280K， = 0.5 ( = 0.7 ) 5）R0 = 400K， = 0.5 ( = 1 ) 其中是指RW的衰減系數(shù)。 四 實驗報告要求 1實驗線路及一切原始數(shù)據(jù)。 2數(shù)據(jù)的分析及與理論值比較。 3對實驗現(xiàn)象進(jìn)行分析討論。 6第 頁實驗二：控制系統(tǒng)穩(wěn)定性實驗一、實驗?zāi)康?1、研究增益K對三階系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 2、研究時間常數(shù)T對三階系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響二、實驗原理圖1圖1為三階系統(tǒng)的方框圖，它

4、的閉環(huán)傳遞函數(shù)為該系統(tǒng)的特征方程為T1T2T3S3T3(T1T2)S2T3SK0若令T10.2S，T20.1S，T30.5S，則上式改寫為S315S250S100K0用勞斯穩(wěn)定判據(jù)，求得該系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定增益K7.5。這就意味著K7.5時，系統(tǒng)為不穩(wěn)定；K7.5時，系統(tǒng)才能穩(wěn)定；K7.5時，系統(tǒng)作等幅振蕩。若令K10，T10.2s,T3=0.5S，改變時間常數(shù)T2的大小，觀察它對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。三、實驗內(nèi)容圖1所示的三階系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為A）按K10，T10.2S,T2=0.05S,T3=0.5S的要求，設(shè)計相應(yīng)的實驗電路圖。觀察并記錄該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。B）令T10.2S,T2=0

5、.1S,T3=0.5S，觀察并記錄T2分別為0.1S和0.5S時的單位階躍響應(yīng)曲線。四、實驗報告 1、定性地分析系統(tǒng)的開環(huán)增益K和時間常數(shù)T對三階系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。2、寫出本實驗的心得與體會。五、實驗思考題 1、為使系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作，開環(huán)增益應(yīng)適取小還是取大？系統(tǒng)中的小慣性環(huán)節(jié)和大慣性環(huán)節(jié)哪個對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響大，為什么？2、試解釋在三階系統(tǒng)的實驗中，輸出為什么會出現(xiàn)削頂?shù)牡确袷帲?、為什么圖1所示的三階系統(tǒng)和前面的二階系統(tǒng)對階躍輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差都為零？實驗三：調(diào)節(jié)器作用規(guī)律實驗一、實驗?zāi)康?、熟悉PI、PD和PID三種控制器的結(jié)構(gòu)形式。2、通過實驗，深入了解PI、PD和PID三種控制器的

6、階躍響應(yīng)特性和相關(guān)參數(shù)對它們性能的影響。二、實驗儀器1QTM-23型PID調(diào)節(jié)器2XM-1型系統(tǒng)模擬實驗儀一套2低頻示波器一臺3、萬用表一只三、實驗原理PI、PD和PID三種控制器是工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的有源校正裝置。其中PD為超前校正裝置，它適用于穩(wěn)態(tài)性能已滿足要求，而動態(tài)性能較差的場合。PI為滯后校正裝置，它能改變系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。PID是一種滯后超前校正裝置，它兼有PI和PD兩者的優(yōu)點。1、PD控制器圖1為PD控制器的電路圖，它的傳遞函數(shù)為G（S）-Kp(TDS+1)S其中Kp=R2/R1,TD=R1C1圖12、PI控制器圖2為PI控制器的電路圖，它的傳遞函數(shù)為其中KpR2R1，T2R2

7、C2。圖23、PID控制器圖3為PID控制器的電路圖，它的傳遞函數(shù)為其中R1C1，R2C2，TiR1C2 KP（）Ti，T1，TD（）（）R1 2K，C11uF，R2 10K，C210uF圖3四、實驗內(nèi)容1、令Ur=1V，分別測試R110K和20K時的PD控制器的輸出波形。2、令Ur=1V，分別測試R210K和20K時的PI控制器的輸出波形。3、令Ur=1V，測試PID控制器的輸出波形。五、實驗報告1、畫出PD、PI和PID三種控制器的實驗線路圖，并注明具體的參數(shù)值。2、根據(jù)三種控制器的傳遞函數(shù)，畫出它們在單位階躍信號作用下的理想輸出波形圖。3、根據(jù)實驗，畫出三種控制器的單位階躍響應(yīng)曲線，并與理想輸出波形作一分析比