典型环节的时域响应

装 订 线

实 验 报 告

信息科学与工程

系

学院

姓名 预定时间

学号 实验时间

授课老师 实验台号

1205

实验名称 典型环节的时域响应

专业

自动化

班

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一、目的要求 1.熟悉并掌握TD-ACC+（或TD-ACS）设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。 2.熟悉各种典型缓解的理想节约响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。 3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、原理简述 1．比例环节 (P) (1)方框图：如下图所示。 U i(S) U o(S) k （2)传递函数： (3) 阶跃响应： 2．积分环节 (I) (1) 方框图：如下图所示。 （2)传递函数： (3) 阶跃响应： 3．比例积分环节 (PI) (1) 方框图：如下图所示。 （2)传递函数：

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(3) 阶跃响应： 4．惯性环节 (T) (1) 方框图：如下图所示。 （2)传递函数： (3) 阶跃响应： 5．比例微分环节 (PD) (1) 方框图：如下图所示。 （2)传递函数： (3) 阶跃响应： 其中 (t)为单位脉冲函数，这是一个面 积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。 6．比例积分微分环节 (PID) (1) 方框图：如下图所示。 （2)传递函数：

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(3) 阶跃响应： 其中(t)为单位脉冲函数， 三、仪器设备 PC机一台，TD-ACC+（或TD-ACS）实验系统一套。 四、线路示图 1．比例环节电路图 注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了 100K 的电阻，实验中不需要再接。以后 的实验中用到的运放也如此 2．积分环节电路图 3．比例积分环节电路图

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装 4．惯性环节电路图 订 线

5．比例微分环节电路图 6．比例积分微分环节电路图 五、内容步骤 1. 按 1.1.3节中所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。 2. 将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均

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装 设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频 订 电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为 1V，周期为 10s左右。 线

3. 将 2中的方波信号加至环节的输入端 Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测 模拟电路的输入 Ui端和输出 U0端，观测输出端的实际响应曲线 U0(t)，记录实验波形及结果。 4. 改变几组参数，重新观测结果。 5. 用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分 微分环节的模拟电路图。观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。 六、数据处理 1、比例图（R0=200K，R1=100K） 2、比例图（R0=200K，R1=200K）

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装 3、积分图（R0=200K，C=1uF） 订 线 4、积分图（R0=200K，C=2uF）

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装 订 线 5、比例积分图（R0=R1=200K，C=1uF） 6、比例积分图（R0=R1=200K，C=2uF）

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装 订 线 7、惯性环节图（R0=R1=200K，C=1uF） 8、惯性环节图（R0=R1=200K，C=2uF） 9、比例微分图（R0=R2=200K，R3=10K，C=1uF，R1=100K）

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装 订 线 10、比例微分图（R0=R2=200K，R3=10K，C=1uF，R1=200K） 11、比例积分微分图（R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF，R1=100K） 10

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12、比例积分微分图（R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF，R1=200K） 七、分析讨论 通过这次自动控制原理典型环节的时域响应的实验，我了解了典型环节的时

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域响应电路，图形与动态响应，基本掌握了TD-ACC+实验系统的使用。实验中对比例环节，积分环节，比例积分环节，惯性环节，比例微分环节，比例积分微分环节六种不同环节的电路进行了连接，并在计算机上利用TD-ACC+实验系统对其各自的动态图形进行了图形分析，大体分析了各自的特点！通过图形分析，对时域分析法也有了一定的认知：时域分析法是直接在时间域中以时间为自变量对系统进行分析的方法，它可以直观、准确的让人体会到系统的特点及变化规律，对其函数图像进行服你后还可以得到系统响应的全部信息。 通过实验所得实际阶跃响应曲线与理想阶跃响应曲线比较会发现，实际曲线总归相应的有误差，没有理想情况那么规则，但这是不可避免的情况，因为实验中会有很多不可减小的系统误差，还有多多少少的认为偶然误差，这些都是造成实验曲线与理想曲线不同的直接原因。 另外，各个典型环节中部分参数的变化会影响到曲线的阶跃时间及斜率等。比例环节中R1的改变会影响到比例的变化，积分环节、比例积分环节和惯性环节中的C会影响其阶跃增长到最大的时间长短，比例微分环节的R1会影响其阶段最大值等等。

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