广西大学电气工程学院

《自动控制理论》实验报告

成绩 教师签字

学生姓名 赵帆 学号 17021***** 专业班级 电自171班

20 年 月 日

实验一 典型环节的特性测试

实验原理:

系统一般由不同的基本环节构成。例如:由电子线路组成的放大器是最常见的比例环节;积分和惯性环节也是非常常见的,如液位控制系统中阀控液压缸可以看成积分环节;而直流电机的励磁电路就是一个惯性环节。比例环节可以改变输入信号的放大倍数;积分环节具有记忆能力,常用来改善系统的稳定性;微分环节则常用来改善系统的动态特性。

实验设备与软件:

1、Multisim电路设计与仿真软件

2、leaSaC实验台与虚拟示波器(示波器)

实验模块:函数信号发生器、有源模块M1~M8、阻容库A/B、可变阻容库

实验内容与方法:

1. 实验内容

  1. 比例(K) 环节实验

1)Mutisim仿真

图一 典型比例环节阶跃响应实验原理图

结果:

图二 典型比例环节阶跃响应曲线

  1. 积分(PI )环节

1)Mutisim仿真:

图三 典型积分环节阶跃响应实验原理图

结果:

图四 典型积分环节阶跃响应曲线

  1. 比例积分(PI )

1)Mutisim仿真:

图五 典型比例积分环节阶跃响应实验原理图

结果:

图六 典型比例积分环节阶跃响应曲线

  1. 惯性环节的阶跃响应曲线。

1)Mutisim仿真:

图七 典型惯性环节阶跃响应实验原理图

结果:

图八 典型惯性环节阶跃响应曲线

  1. 一阶柔化微分环节的阶跃响应曲线。
  2. Mutisim仿真:

图九 一阶柔化微分环节阶跃响应实验原理图

结果:

图十 一阶柔化积分环节阶跃响应曲线

  1. 二阶柔化微分环节的阶跃响应曲线
  2. Mutisim仿真:

图十一 二阶柔化微分环节阶跃响应实验原理图

结果:

图十二 二阶柔化微分环节阶跃响应曲线

2. 实验方法

首先按各接线原理图在试验箱上接好线,然后将示波器接入电路。用函数信号发生器的“阶跃激发按钮”和“阶跃调幅电位器”构造输入信号,调节到2.5V,按“节约信号”按钮。计算出比例系数、积分时间常数、微分时间常数、惯性积分等。观察示波器上的波形与仿真出的波形图的不同,并记录数据。

3.实验过程与分析

在做积分环节的实验时出现了无论怎样调输出电压,输出波形也不变化的情况,后来经过反复检查,原来是因为输出电压调得太高了,已经积分饱和了。后来把电压调回1.7V,波形就正常输出了。

各波形的特点:

比例环节的输出波形与输入波形一样,幅度变大。

积分环节的输出波形先是有一段从0开始以一定斜率直线上升的波形,后达到一稳定值,稳定值即最大值,比输入电压大。

比例积分环节的输出波形与积分环节的有点像,但它一开始的起点就大于等于输入电压值,然后也是以一定斜率直线上升,后达到一稳定值,稳定值即最大值,比输入电压大。

惯性环节的输出波形是以一弧形波电压上升,后达到一稳定值也是最大值,等于输入电压。

表1 实验内容2的数据记录表格

比例(=0.5 ) 积分(=0.4s) 比例积分(= 15.15,=0.033s)
输入值(V) 5.00 5.00 5.00
输出值(V) Multisim波形 ----- ----- ----
试验箱波形 见图二 见图四 见图六
最终值(V) -2.5 6.46 9.704
一阶微分 (=0.4s) 二阶微分(=0.4s) 惯性(=0.2s)
输入值(V) 5.00 5.00 5.00
输出值(V) Multisim波形 ---- ---- ----
试验箱波形 见图十 见图十二 见图八
最终值(V) 1.717 -3.283 -2.305

表2 实验内容3的数据记录表格

时间常数 R的值 C的值 Multisim上升斜率 leaSaC上升斜率
0.2s 200K 1u 0.24 V/S ——
0.5s 500K 1u 0.1 V/S ——

表3 实验内容4的数据记录表格

时间常数 R的值 C的值 Multisim稳定时间 leaSaC稳定时间
0.2s 200K 1u 0.615 S ——
0.5s 500K 1u 2.010 S ——

实验总结

在这次实验中,我学到很多东西,加强了动手能力,并且培养了独立思考能力。特别是在做实验报告时,数据处理时出现很多问题,如果不解决的话,将会很难的继续下去。要求懂Multisim软件的一些基本操作;并且在获取数据时,注意读取波形要改变采样频率等等。

还有动手做这次实验,使测试技术这门课的一些理论知识与实践相结合,更加深刻了我们对测试技术这门课的认识,巩固了我们的理论知识。

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