实验一 典型环节的模拟研究文档格式.docx
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一、实验要求
了解和掌握各典型环节的传递函数及模拟电路图,观察和分析各典型环节的响应曲线。
二、实验原理(典型环节的方块图及传递函数)
典型环节名称
方块
图传递函数
比例
(P)
积分
(I)
比例积分
(PI)
比例微分
(PD)
惯性环节
(T)
比例积分微分(PID)
三.实验内容及步骤
在实验中欲观测实验结果时,可用普通示波器,也可选用本实验机配套的虚拟示波器。
如果选用虚拟示波器,只要运行LCAACT程序,选择自动控制菜单下的典型环节的模拟研究实验项目,再选择开始实验,就会弹出虚拟示波器的界面,点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器(B3)单元的CH1测孔测量波形。
具体用法参见用户手册中的示波器部分。
1.观察比例环节的阶跃响应曲线
典型比例环节模似电路如图3-1-1所示。
该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K、200K来改变比例参数。
图3-1-1典型比例环节模似电路
实验步骤:
注:
‘SST’不能用“短路套”短接!
(1)将信号发生器(B1)中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入(Ui)。
(2)安置短路套、联线,构造模拟电路:
(a)安置短路套
模块号
跨接座号
1
A1
当反馈电阻R1=100K时
当反馈电阻R1=200K时
S4,S7
S4,S8
2
A6
S2,S6
(b)测孔联线
信号输入(Ui)
B1(0/+5V)→A1(H1)
2
运放级联
A1(OUT)→A6(H1)
(3)虚拟示波器(B3)的联接:
示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT(Uo)。
注:
CH1选‘X1’档,时间量程选‘X4’档。
(4)运行、观察、记录:
按下信号发生器(B1)阶跃信号按钮时(0→+5V阶跃),用示波器观测A6输出端(Uo)的实际响应曲线Uo(t),且将结果记下。
改变比例参数(改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1),重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表3-1-1。
2.观察惯性环节的阶跃响应曲线
典型惯性环节模似电路如图3-1-2所示。
该环节在A1单元中分别选取反馈电容C=1uf、2uf来改变
时间常数。
图3-1-2典型惯性环节模似电路
实验步骤:
当反馈电容C=1uf时
当反馈电容C=2uf时
S4,S8,S10
S4,S8,S10,S11
(b)测孔联线
按下信号发生器(B1)阶跃信号按钮时(0→+5V阶跃),用示波器观测A6输出端(Uo)的实际响应曲线Uo(t),且将结果记下。
改变时间常数(改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C),重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表3-1-1。
3.观察积分环节的阶跃响应曲线
典型积分环节模似电路如图3-1-3所示。
该环节在A1单元中分别选取反馈电容C=1uf、2uf来改变时间常数。
图3-1-3典型积分环节模似电路
(1)为了避免积分饱和,将函数发生器(B5)所产生的周期性方波信号(OUT),代替信号发生器(B1)中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入(Ui):
a.将函数发生器(B5)中的插针‘SST’用短路套短接。
b.将S1拨动开关置于最上档(阶跃信号)。
c.信号周期由拨动开关S2和“调宽”旋钮调节,信号幅度由“调幅”旋钮调节,
以信号幅值小,信号周期较长比较适宜(周期在0.5S左右,幅度在2.5V左右)。
S4,S10
S4,S10,S11,
B5(OUT)→A1(H1)
A1(OUT)→A6(H1)
用示波器观测A6输出端(Uo)的实际响应曲线Uo(t),且将结果记下。
改变时间常数(改变运算模拟单元A1的反馈电容C),重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表3-1-1。
4.观察比例积分环节的阶跃响应曲
典型比例积分环节模似电路如图3-1-4所示.。
该环节在A5单元中分别选取反馈电容C=1uf、2uf来改变时间常数。
图3-1-4典型比例积分环节模似电路
以信号幅值小,信号周期较长比较适宜(正输出宽度在0.5S左右,幅度在1V左右)。
A5
S4,S9
B5(OUT)→A5(H1)
A5(OUT)→A6(H1)
CH1选‘X1’档,时间量程调选‘X2’档。
用示波器观测A6输出端(Uo)的实际响应曲线U0(t),且将结果记下。
改变时间常数(改变运算模拟单元A5的反馈电容C),重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表3—1—1。
★由于虚拟示波器(B3)的频率限制,在作比例积分实验时所观察到的现象不明显时,可适当调整参数。
调整方法如下:
将R0=200K调整为R0=430K或者R0=330K,以此来延长积分时间,将会得到明显的效果图。
(可将运算模拟单元A5的输入电阻的短路套(S4)去掉,将可变元件库(A7)中的可变电阻跨接到A5单元的H1和IN测孔上,调整可变电阻继续实验)。
★在作该实验时,如果发现有积分饱和现象产生时,即构成积分或惯性环节的模拟电路处于饱和状态,波形不出来,请人工放电。
放电操作如下:
B5函数发生器的SB4“放电按钮”按住3秒左右,进行放电。
5.观察比例微分环节的阶跃响应曲线
典型比例微分环节模似电路如图3-1-5所示。
该环节在A2单元中分别选取反馈电阻R1=10K、20K来改变比例参数。
图3-1-5典型比例微分环节模似电路
以信号幅值小,信号周期较长比较适宜(正输出宽度在频率在70mS左右,幅度在400mv左右)。
A2
当反馈电阻R1=10K时
当反馈电阻R1=20K时
S1,S7,S9
S1,S8,S9
B5(OUT)→A2(H1)
A2(OUT)→A6(H1)
CH1选‘X1’档,时间量程选‘/2’档。
用示波器观测A6输出端(Uo)的实际响应曲线Uo(t),且将结果记下。
改变比例参数(改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1),重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表3-1-1.。
★注意:
该实验由于微分的时间太短,如果用虚拟示波器(B3)观察,必须把波形扩展到最大(/2档),但有时仍无法显示微分信号。
因此,建议用一般的示波器观察。
6.观察PID(比例积分微分)环节的响应曲线
PID(比例积分微分)环节模似电路如图3-1-6所示。
图3-1-6PID(比例积分微分)环节模似电路
(1)为了避免积分饱和,将函数发生器(B5)所产生的周期性方波信号(OUT),代替信号发生器(B1)中的阶跃输出0/+5V作为PID环节的信号输入(Ui):
以信号幅值小,信号周期较长比较适宜(正输出宽度在7mS频率在9HZ左右,幅度在400mv左右)。
S1,S7
S1,S8
A2(OUT)→A6(H1)
CH1选‘X1’档,时间量程选‘/2
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