反饋控制理論

精選文檔反饋控制理論B項目作業(yè)（第2周）完成人：完成時間：—精選文檔1.安裝Multisim軟件，建立工作目錄。借閱參考書或下載資料，列出資料目錄；綜述Multisim是什么，能做什么。解：資料目錄：NI_Circuit_Design_Suite_14_0_1_ 漢化破解版；NI_Circuit_Design_Suite_14_0_1.exe ；Chinese-simplified；NILicenseActivator1.2。（1）Multisim 是以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬 /數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。（2）使用Multisim 交互式地搭建電路原理圖， 并對電路進行仿真。 Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的 SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過 Multisim和虛擬儀器技術， PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。2.設計電路仿真方案，利用 5個電阻元件驗證 KVL。解：根據KVL關系得，串聯(lián)的元件我們視它為一條支路在一條支路中電流處處相等， 結點電電流之和為 0，一個回路中各處電壓之和為 0.電路設計及其結果如圖 2所示圖2五電阻構成電路由圖中結果可得： 結點1處電流之和 I1+I2+I3=0，得出結論：結點處電流之和為 0。同樣，在回路1中，—精選文檔各支路電壓 U4+U5+U6=0，得出結論：回路中各處電壓之和為 0。KVL定律成立。3.在Multisim中用三極管元件構建一個如圖所示的分壓偏置共射極放大電路，計算其直流工作點Q相關各參數和交流增益；解：通過對靜態(tài)工作點得計算得出下圖3-11的結果圖3-11靜態(tài)工作點的計算過程計算結果及計算過程如圖 3-11所示。該電路的最小信號模型及其交流電壓增益計算如圖 3-12所示圖3-12交流信號最小模型設置電壓信號源10mV，頻率1kHz，用虛擬示波器測試其輸入輸出關系，描述示波器所示曲線的特征【注：包括從虛擬示波器上讀出的頻率、幅值、形狀特征等】解：通過對相關數值的設定以及相關器件值的設定，得出圖3-2所示的測量結果—精選文檔圖3-2虛擬示波器測試輸入輸出結果針對測試結果可知：輸出信號與輸入信號反向，但是輸出周期與輸入周期相同，及頻率相等；輸出幅值為500mV，其中輸入幅值為 12.0mV；輸入與輸出函數均為正弦函數。測試結果與計算結果相近。4.下載閱讀不少于 1份OP07的datasheet，利用運放 OP07分別構建一個增益為 +10和-10倍增益的放大電路，并驗證效果。解：OP07資料圖4-1圖4-1OP07相關資料—精選文檔通過對資料的學習即研究，我們設計的電路，以及經過仿真實驗得到下面的結果，如圖4-2和圖4-3圖4-2+10倍增益的放大電路圖4-3-10倍增益的放大電路從該結果中可以明顯看出 U1=V3*10，U2=V3*(-10)?！x文檔5.下載閱讀不少于 1份LM324的datasheet，利用LM324構建一個加法電路，并驗證效果。解：下圖5-1為LM324相關下載資料圖5-1LM324相關資料—精選文檔通過電路設計以及對電路進行的模擬仿真得到圖 5-2的結果圖5-2LM324的加法電路根據實驗結果， U2=（V1+V2）*10，即得到了我們想要的加法電路。6.利用OP07構建一個電壓跟隨器，分別測試（ Vpk10mv、1kHz)、(Vpk10mv、1MHz)、(VpK1V、1kHz)·(VpklV、200kHz)這四組輸入信號的跟隨效果，描述差別。解：根據電路即仿真得到下圖結果圖6-1OP07電壓跟隨器 10mV1kHz—精選文檔圖6-2OP07電壓跟隨器 10mV1MHz圖6-3OP07電壓跟隨器 1V1kHz—精選文檔圖6-4OP07電壓跟隨器1V200kHz圖6-1和圖6-3輸出信號還是正常的正弦信號， 其他兩個實驗結果得到的輸出信號均不是正弦信號， 跟隨效果失效，輸出信號失真，其中圖 6-2（1MHz）得到的輸出信號嚴重與輸入信號不符，跟隨效果特別不明顯。7.設計電路仿真方案，構建一個一階無源 RC低通濾波電路，利用階躍電壓信號，驗證理解慣性環(huán)節(jié)的含義；變換一組 R、C參數，比較與之前響應曲線的差異。解：什么是慣性環(huán)節(jié)？如何驗證慣性環(huán)節(jié)？慣性環(huán)節(jié)的輸出一開始并不與輸入同步按比例變化，直到過渡過程結束 ,y(t)才能與x(t)保持比例。這就是慣性地反映。慣性環(huán)節(jié)的時間常數就是慣性大小的量度。凡是具有慣性環(huán)節(jié)特性的實際系統(tǒng)，都具有一個存儲元件或稱容量元件，進行物質或能量的存儲，如電容、熱容等。由于系統(tǒng)的阻力，流入或流出存儲元件的物質或能量不可能為無窮大，存儲量的變化必須經過一段時間才能完成，這就是慣性存在的原因。根據電路圖設計在 Multisim軟件上的仿真，得到圖 7的效果圖7-1慣性環(huán)節(jié)仿真—精選文檔從圖中我們可以看到輸出得到了一個對數函數的曲線，前期比較平緩（慣性），后期呈現(xiàn)出直線下降的趨勢。通過對電阻和電容值的改變我們又得到一組結果如圖 7-2圖7-2電阻電容值改變的慣性環(huán)節(jié)仿真從圖中我們可以看到，輸出信號在開始平緩的部分時間特別短暫，相對于開始一組結果，時間更加短，而且后續(xù)的下降速度也比剛才的快很多。 R1的改變，對輸出結果的影響很大。8.設計電路仿真方案，利用運放構建一個反相積分器，驗證理解積分環(huán)節(jié)的含義。解：積分環(huán)節(jié)是什么？積分環(huán)節(jié)又有哪些含義？積分環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)的一類典型環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)的傳遞函數。其中:為拉普拉斯變換中的算子變量， k為一比例常數 .積分環(huán)節(jié)的輸出量與輸人量的時間積分值成比例，積分環(huán)節(jié)在消除控制系統(tǒng)中的靜態(tài)誤差方面極為有效，常使用在距離、轉角等物理量的精確無靜差跟蹤上.最簡單的積分環(huán)節(jié)可由一個電容充電過程來表征 .實際使用時，常由寬頻帶放大器經過電容器反饋而 構 成 。通過電路設計及電路仿真，得出下圖 8-1的結果—精選文檔圖8-1反向積分器測試結果從圖中可以得出輸出信號先是直線上升，后緩慢下降，然而輸入信號先是直線上升，后保持不變，前期輸出直線上升可能隨輸入信號的直線上升導致的，后期輸入信號平緩穩(wěn)定，根據積分電路特性，輸出信號開始緩慢下降。9.設計電路仿真方案，利用運放構建一個無源 RC高通濾波電路，驗證理解比例微分環(huán)節(jié)含義。解：比例微分是什么？又有什么含義？比例環(huán)節(jié)的特點是，其輸出不失真、不延遲、成比例的復現(xiàn)輸入信號的變化，即信號的傳遞沒有慣性。比例環(huán)節(jié)的微分方程為： c(t)=Kr(t) 式中，K為放大倍數。對比例環(huán)節(jié)的微分方程進行拉普拉斯變換，得： C(s)=KR(s)因此，比例環(huán)節(jié)的傳遞函數為： G(s)=C(s)/R(s)=K—精選文檔為了理解比例微分環(huán)節(jié)含義，設計了以下電路圖且得到仿真效果（圖 9-1）圖9-1比例積分電路仿真由測試結果可知，輸出信號開始較高，后逐漸降低，但輸出信號依然是正弦形式輸出。得出比例微分環(huán)節(jié)特性。10.構建二個LRC二階電路，通過調整仿真參數，使其輸出振蕩波形以表明其在一定條件下相當于振蕩環(huán)節(jié)。解：根據相關電路的設計及仿真效果如圖 10圖10LRC二階電路—精選文檔通過查閱資料了解到，振蕩環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)的一類典型環(huán)節(jié) .振蕩環(huán)節(jié)的傳遞函數其中:s為拉普拉斯變換中的算子變量， T和ζ為常量，分別稱為時間常數和阻尼系數 .振蕩環(huán)節(jié)的輸人量發(fā)生變化時，輸出量常會呈現(xiàn)周期性變化，其頻率僅與環(huán)節(jié)有關，與信號的幅值和變化速度無關 .振蕩環(huán)節(jié)對應于二階常微分方程， 它具有振蕩特征的充分必要條件是 ζ<1，即傳遞函數的分母多項式有虛根或共扼復數根 .當ζ<0時，振蕩環(huán)節(jié)出現(xiàn)持續(xù)以至發(fā)散的振蕩，系統(tǒng)為不穩(wěn)定 .當1>參>0時，振蕩環(huán)節(jié)相應于衰減性振蕩，系統(tǒng)可穩(wěn)定工作，但一般希望對它的振蕩頻率、幅值和衰減速度進行限制，以免造成不良的后果。從圖片結果可看出，輸出信號出現(xiàn)明顯振蕩效果，后漸漸趨于穩(wěn)定。11.設計電路仿真方案，證明兩個 RC電路直接連接會具有負載效應 (自動控制原理，鄢景華,P26.圖2.3-3.)解：怎樣的現(xiàn)象才是具有負載效應？負載效應是指：僅當由于負載的變化而引起輸出穩(wěn)定量的變化的效應稱為負載效應。測量系統(tǒng)和被測對象之間、測量系統(tǒng)內部各環(huán)節(jié)之間互相聯(lián)接必然產生相互作用。接入的測量裝置，構成被測對象的負載；后接環(huán)節(jié)總是成為前面環(huán)節(jié)的負載，并對前面環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)產生影響。兩者總是存在著能量交換和互相影響，以致系統(tǒng)的傳遞函數不再是各組成環(huán)節(jié)傳遞函數的疊加（如并聯(lián)時）或相乘（如串聯(lián)時）。于是我們便得到圖11-1的結果圖11-1二階負載效應—精選文檔電路中電容消耗了一部分的電流和電阻，消耗了電流源的功率，電容具有負載效應。12.對門題中，電路進行改進，消除負載效應，設計電路仿真方案驗證?！咀ⅲ阂缶哂型暾倪^程能夠說明問題。提示：充分應用工具軟件，形成明顯的對比效果】解：通過上題的理解，對以消除負載效應，我們做了如下實驗，去掉該處的電容。電路的負載效應主要是消耗電源的功率，去除元件對電源的功率消耗就是消除負載效應，因此去除該處的電容可以達到效果。結 果 如 圖12-1圖12-1消除負載效應從結果中我們可以看出，電流值有所增大，但是電壓值卻減小特別明顯，得到的電壓值特別小，考慮到萬用表具有自身的電阻效果，該電壓值可以忽略不記，電壓值為 0，該出沒有負載效應。13.利用Mindjet繪制第2章所學內容的思維導圖，總結歸納知識點。解：第二章內容總結如下：—精選文檔—精選文檔14.用Mindjet做一個本團隊第二周運行狀態(tài)的總結，幅面不超過 1頁A4紙。解：關于本周工作總結如下：本周相比上一周給予團隊的感覺號很多，本周大家的工作分配明確，并且大家也都學到了一些相關知識，學習的東西也并不是單一方面的，有模電及電路知識的復習，主要還是大家都對Multisim軟件有所了解了，大家都能夠上手自己連接電路，自己使用軟件仿真電路，這是我們學到的主要知識