大學(xué)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)的模擬研究

1、 南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名： 王瑾然 學(xué) 號(hào)： 6101113031 專業(yè)班級(jí)： 電氣131班 實(shí)驗(yàn)類型： 驗(yàn)證 綜合 設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)3.1.1 典型環(huán)節(jié)的模擬研究二、實(shí)驗(yàn)要求1. 了解和掌握各典型環(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方法、傳遞函數(shù)表達(dá)式及輸出時(shí)域函數(shù)表達(dá)式。2. 觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，了解各項(xiàng)電路參數(shù)對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響。三、主要儀器設(shè)備及耗材1. 計(jì)算機(jī)一臺(tái)（Windows XP操作系統(tǒng)）2. AEDK-labACT自動(dòng)控制理論教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套3. LabACT6_08軟件一套四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1.觀察比例環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線（1）打

2、開(kāi)虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，按下信號(hào)發(fā)生器的階躍信號(hào)按鈕（0+4V階躍），用示波器觀測(cè)A6輸出端（Uo）的實(shí)際響應(yīng)曲線Uo（t）。（2）改變比例系數(shù)，重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 2.觀察慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線（1）打開(kāi)虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，用示波器觀測(cè)A6輸出端，按下信號(hào)發(fā)生器的階躍信號(hào)按鈕時(shí)，等待完整波形出來(lái)后，移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到4V×0.632處，得到與慣性的曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開(kāi)始到曲線的交點(diǎn)，量得慣性環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù)T。A6輸出端的實(shí)際響應(yīng)曲線Uo（t）。（2）改變時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)，重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3.觀察積分環(huán)節(jié)的階

3、躍響應(yīng)曲線（1）打開(kāi)虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，用示波器觀測(cè)A6輸出端（Uo），調(diào)節(jié)調(diào)寬電位器使寬度從0.3秒開(kāi)始調(diào)到積分輸出在虛擬示波器頂端為止。（2）等待完整波形出來(lái)后，移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到0V處，再移動(dòng)另一根橫游標(biāo)到V=1V處，得到與積分的曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開(kāi)始到曲線的交點(diǎn)，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù)Ti。A6輸出端（Uo）的實(shí)際響應(yīng)曲線Uo（t）。 （3）改變時(shí)間常數(shù)，重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線（1）打開(kāi)虛擬示波器的單跡界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，用示波器觀測(cè)A6輸出端（Uo）。（2）待完整波形出來(lái)后，移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到1V（

4、與輸入相等）處，再移動(dòng)另一根橫游標(biāo)到V=Kp×輸入電壓處，得到與積分曲線的兩個(gè)交點(diǎn)。（3）再分別移動(dòng)示波器兩根縱游標(biāo)到積分曲線的兩個(gè)交點(diǎn)，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù)Ti。（4）改變時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)，重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 5.觀察比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線（1）打開(kāi)虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，用示波器觀測(cè)系統(tǒng)的A6輸出端（Uo），響應(yīng)曲線見(jiàn)圖3-1-10。等待完整波形出來(lái)后，把最高端電壓（4.77V）減去穩(wěn)態(tài)輸出電壓（0.5V），然后乘以0.632，得到V=2.7V。（2）移動(dòng)虛擬示波器兩根橫游標(biāo)，從最高端開(kāi)始到V=2.7V處為止，得到與微分的指數(shù)曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波

5、器兩根縱游標(biāo)，從階躍開(kāi)始到曲線的交點(diǎn)，量得t=0.048S。（3）已知KD=10，則圖3-1-9的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時(shí)間常數(shù)：R2/R1比例=5：26.觀察PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線（1）打開(kāi)虛擬示波器的單跡界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，用示波器觀測(cè)A6輸出端（Uo）。（2）等待完整波形出來(lái)后，移動(dòng)虛擬示波器兩根橫游標(biāo)使之V=Kp×輸入電壓，得到與積分的曲線的兩個(gè)交點(diǎn)。（3）再分別移動(dòng)示波器兩根縱游標(biāo)到積分的曲線的兩個(gè)交點(diǎn)，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù)Ti。（4）改變時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)，重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析1、比例環(huán)節(jié)（1）取理論值：實(shí)際值：如圖，時(shí)

6、，我們發(fā)現(xiàn)測(cè)出的，與理論值2V差距不大，在誤差允許范圍內(nèi)理論值與測(cè)量值是相符合的。（2）取理論值：實(shí)際值：如圖，時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)測(cè)出的，與理論值4V差距不大，在誤差允許范圍內(nèi)理論值與測(cè)量值是相符合的。2、慣性環(huán)節(jié)取，理論值：實(shí)際值：如圖，時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)測(cè)出的，與理論值0.2s相同，在誤差允許范圍內(nèi)理論值與測(cè)量值是相符合的。3、積分環(huán)節(jié)（1）取，理論值：實(shí)際值：如圖，時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)測(cè)出的，與理論值0.1s相同，在誤差允許范圍內(nèi)理論值與測(cè)量值是相符合的。（2）取，理論值：實(shí)際值：如圖，時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)測(cè)出的，與理論值0.2s相同，在誤差允許范圍內(nèi)理論值與測(cè)量值是相符合的。4、比例積分環(huán)節(jié)（1）取，理論值：實(shí)際

7、值：如圖，時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)測(cè)出的，與理論值0.4s大致相同，在誤差允許范圍內(nèi)理論值與測(cè)量值是相符合的。（2）取，理論值：實(shí)際值：如圖，時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)測(cè)出的，與理論值0.1s大致相同，在誤差允許范圍內(nèi)理論值與測(cè)量值是相符合的。5、比例微分環(huán)節(jié)取，理論值：，實(shí)際值：如圖，,時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)測(cè)出的，與理論值0.05s相同，在誤差允許范圍內(nèi)理論值與測(cè)量值是相符合的。6、 比例積分微分環(huán)節(jié)取，理論值：實(shí)際值： 我們可以從圖中發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)值的，誤差較大。六、實(shí)驗(yàn)誤差分析綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，在比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和比例積分環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值與理論值誤差極小，都處于5%以下。但是最后一個(gè)比例積分微分環(huán)節(jié)

8、（PID）中，誤差很大。分析誤差較大的原因，大致有以下幾個(gè)：（1）實(shí)驗(yàn)由于微分的時(shí)間太短，較難捕捉到，把虛擬示波器的波形擴(kuò)展到最大后但仍無(wú)法顯示微分信號(hào)，因此，我們選擇用一般的示波器觀察，由于儀器之間存在干擾，因此存在較大的誤差。（2）實(shí)驗(yàn)所使用的電阻和電容實(shí)際值與標(biāo)定值差距較大。（3）儀器線路損壞。七、實(shí)驗(yàn)小結(jié)本次試驗(yàn)是第一次自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)，因此需要我們前期較多的準(zhǔn)備。王老師首先給我們介紹了試驗(yàn)箱的使用方法和軟件的操作指南，叫我們熟悉了實(shí)驗(yàn)的基本操作方法。本次試驗(yàn)是典型環(huán)節(jié)的模擬研究，要求我們觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，了解各項(xiàng)電路參數(shù)對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響。在試驗(yàn)中，我們分別對(duì)六個(gè)典型環(huán)節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)改變每個(gè)環(huán)節(jié)的電阻、電容等參數(shù)，