全隈科技學院!學生實驗報告（理工類）課程名稱：自動控制原理專業(yè)班級：14電氣（2）學生學號：學生姓名：所屬院部：機電工程學院指導教師：吳洪兵2015_——2016學年第_二學期金陵科技學院教務處制實驗項目名稱：典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真實驗學時:2同組學生姓名：實驗地點：PAC電氣控制實驗室實驗日期：2016年5月26日實驗成績：批改教師：吳洪兵批改時間:一、實驗目的和要求1熟悉典型環(huán)節(jié)的電路模擬；2熟悉MATLAB中的simulink仿真。二、實驗儀器和設備計算機一臺三、實驗過程(1)比例環(huán)節(jié)(又叫放大環(huán)節(jié))定義：具有比例運算關系的元部件稱為比例環(huán)節(jié)。特點：輸出量按一定比例復現(xiàn)輸入量，無滯后、失真現(xiàn)象。運動方程：c(t)=Kr(t)K放大系數傳遞函數：Gs=K處o——[I-?——|+Xr\XcO放大電路c(t)qc(t)q其它一些比例環(huán)節(jié):r(t)Wr212OR(s)「2C；)ri十「2(2)慣性環(huán)節(jié)(又叫非周期環(huán)節(jié))定義：慣性環(huán)節(jié)的微分方程是一階的，且輸出響應需要一定的時間才能達到穩(wěn)態(tài)值，故稱為一階慣性環(huán)節(jié)。特點：此環(huán)節(jié)中含有一個獨立的儲能元件，以致對突變的輸入來說，輸出不能立即復現(xiàn)，存在時間上的延遲。運動方程為：”丁川)5)一、,一一一i一、,一一一i傳遞函數：GsGT——慣性環(huán)節(jié)時間常數RC電路RC電路其它一些慣性環(huán)節(jié)LL(3)積分環(huán)節(jié)定義:符合積分運算關系的環(huán)節(jié)稱為積分環(huán)節(jié)特點：動態(tài)過程中，輸出量的變化速度和輸入量成正比、一.、一11運動萬程：Uot=TUi(t)dt,，、，一一1傳遞函數：G(s)=—其中，T為積分環(huán)節(jié)的時間常數，表小積分的快慢程度。Ts(4)微分環(huán)節(jié)定義：符合微分運算關系的環(huán)節(jié)稱為微分環(huán)節(jié)。特點：動態(tài)過程中，輸出量正比于輸入量的變化速度。運動方程為：Uct)=丁羋*其中，T-微分環(huán)節(jié)的時間常數，表示微分d(t)速率的大小。傳遞函數：G(s)=s微分運算放大器測速發(fā)電機微分運算放大器測速發(fā)電機其它微分環(huán)節(jié)i(t)u(t)Rf-ri(t)u(t)Rf-rLeL(t)(5)振蕩環(huán)節(jié)特點：振蕩環(huán)節(jié)是由二階微分方程描述的系統(tǒng)(5)振蕩環(huán)節(jié)特點：振蕩環(huán)節(jié)是由二階微分方程描述的系統(tǒng)包含兩個獨立的儲能元件，當輸入量發(fā)生變化時，兩個儲能元件的能量進行交換，使輸出帶有振蕩的性質。運動方程為:2.運動方程為:2.2dc(t)'n2-dt22「2第3=,《)傳遞函數:Gs=2傳遞函數:Gs=2n——-一1T其中，I是阻尼比，8n是無阻尼自然振s2?2.ns??,2蕩頻率/?L/?L

ror\R-L-C電路(6)延遲環(huán)節(jié)傳遞函數：Gs)傳遞函數：Gs)-：.se對于延遲時間很小的延遲環(huán)節(jié)，常把它展開成泰勒級數，并略去高次項，得:G(s))2一—.-2-31sss2!a所以，延遲環(huán)節(jié)在一定條件下可近似為慣性環(huán)節(jié)

四、實驗結果與分析(1)比例環(huán)節(jié)傳遞函數：Gs=KSimulink比例環(huán)節(jié)仿真圖比例環(huán)節(jié)單位階躍響應曲線關于比例環(huán)節(jié)的分析：比例環(huán)節(jié)的輸入量與輸出量成正比，不失真也不延滯，所以比例環(huán)節(jié)又稱為放大環(huán)節(jié)或無慣性環(huán)節(jié)。無彈性變形的杠桿、電位器、不計飽和的電子放大器、測速發(fā)電機(輸出為電壓、輸入為轉速時)等都可認為是比例環(huán)節(jié)。

關于慣性環(huán)節(jié)的分析：當慣性環(huán)節(jié)的輸入量為單位階躍函數時，該環(huán)節(jié)的輸出量將按指數曲線上開，在經過3個T時，響應曲線達到穩(wěn)態(tài)值得95%或經過4個T時，響應曲線達到穩(wěn)態(tài)值的98%即輸出響應具有慣性，時間常數T越大慣性越大。RC電路、RL電路、直流電動機電樞電路(當電樞電感可忽略不計時)都可看做慣性環(huán)節(jié)。

Simulink積分環(huán)節(jié)仿真圖Uc(t)101T=1T=2step987654321123456789積分環(huán)節(jié)單位階躍響應曲線t10Simulink積分環(huán)節(jié)仿真圖Uc(t)101T=1T=2step987654321123456789積分環(huán)節(jié)單位階躍響應曲線t10關于積分環(huán)節(jié)的分析:當積分環(huán)節(jié)的輸入信號為單位階躍函數時，則輸出為手，它隨著時間直線增1，、—人、一―人，,八長。響應的增長速度由〒■決定，即T越小，上升越快。當輸入突然除去時，積分停止，輸出維持不變，故有記憶功能。對于理想的積分環(huán)節(jié)，只要有輸入信號存在，不管多大，輸出總要不斷上升，直至無限。當然，對于實際部件，由于能量有限、飽和限制等，輸出是不可能達到無限的。傳遞函數：G(s)=、,sSimulink微分環(huán)節(jié)仿真圖Uc(t)1IT=1-T=0.1step0.90.80.70.60.50.40.30.20.1123456789微分環(huán)節(jié)單位階躍響應曲線t10關于微分環(huán)節(jié)的分析:Gs)=,式中,s1T為時間微分常數。E越小，響應曲線越陡峭。當七<<1時，G(s)=右，可近似為理想微分環(huán)節(jié)。理想微分環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量的一階導數成正比。輸入是單位階躍函數,則理想微分環(huán)節(jié)的輸出at)=丁訛)，其中級t)是單位脈沖函數。由于微分環(huán)節(jié)預示輸入信號的變化趨勢，所以常用來改善控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。①阻尼比匕分別取為0、0.1①阻尼比匕分別取為0、0.1、0.5、1、1.5、2.0,Scopet2傳遞函數：G(S)=——42在此仿真中，先取。n相同，取不同的自,S-2-.nS■■.n觀察其振蕩環(huán)節(jié)的單位階躍響應情況。再取相同的U,觀察與n不同大小下的單位階躍響應情況0n皆為10振蕩環(huán)節(jié)8n保持不變的單位階躍響應曲線②無阻尼自然振蕩頻率0n分別取10、20、40,取之=0.1。StepScopeUc(

1.8產Simulink-保持不變的振蕩環(huán)節(jié)仿真圖13=103=20w=40step1.61.41.210.80.60.40.20012345678910振蕩環(huán)節(jié)-保持不變的單位階躍響應曲線t關于振蕩環(huán)節(jié)的分析：由圖知在一定（值下，欠阻尼系統(tǒng)比臨界阻尼系統(tǒng)更快地達到穩(wěn)態(tài)值。與工值在一定范圍內的欠阻尼系統(tǒng)相比，過阻尼系統(tǒng)反應遲鈍，動作很緩慢,所以一般的控制系統(tǒng)大都設計成欠阻尼系統(tǒng)。止匕外，對于（相同而6n不同的二階系統(tǒng)，由于具有相同的振蕩模式和過調，其相對穩(wěn)定程度相同傳遞函數：Gs)StepStepTransport

DelayTransport

DelaylTransport