实验报告
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(实验报告)
姓名: 学号: 班级:
实验指导老师:__________________ 成绩:____________________
一、实验目的
1. 熟悉THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-1”软件的使用;
2. 熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟;
3. 测量各典型环节的阶跃响应曲线,并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验数据或曲线
1. 比例(P)环节
对应参数如下:
K=1时,电路中的参数取:R
1=100K,R
2
=100K
对应参数如下:
系数K=2时,电路中的参数取:R
1=100K,R
2
=200K。
2. 积分(I)环节
对应参数如下:
时间常数T=1S, R=100K,C=10uF(T=RC=100K×10uF=1)
对应参数如下:
时间常数T=0.1S,电路中的参数取:R=100K,C=1uF(T=RC=100K×1uF=0.1)
对应参数如下:
例系数K=1、积分时间常数T=1S时,电路中的参数取:R
1=100K,R
2
=100K,
C=10uF(K= R
2/ R
1
=1,T=R
2
C=100K×10uF=1)
对应参数如下:
例系数K=1、积分时间常数T=0.1S时,电路中的参数取:R
1=100K,R
2
=100K,
C=1uF(K= R
2/ R
1
=1,T=R
2
C=100K×1uF=0.1S)
对应参数如下:
比例系数K=1、微分时间常数T=0.1S时,电路中的参数取:R
1=100K,R
2
=100K,
C=1uF(K= R
2/ R
1
=1,T=R
1
C=100K×1uF=0.1S)
对应参数如下:
比例系数K=1、微分时间常数T=1S时,电路中的参数取:R
1=100K,R
2
=100K,
C=10uF(K= R
2/ R
1
=1,T=R
1
C=100K×10uF=1S)
5. 比例积分微分(PID)环节
对应参数如下:
比例系数K=2、积分时间常数T
I =0.1S、微分时间常数T
D
=0.1S时,电路中
的参数取:R
1=100K,R
2
=100K,C
1
=1uF、C
2
=1uF (K= (R
1
C
1
+ R
2
C
2
)/ R
1
C
2
=2,T
I
=R
1
C
2
=100K
×1uF=0.1S,T
D =R
2
C
1
=100K×1uF=0.1S)
对应参数如下:
比例系数K=1.1、积分时间常数T
I =1S、微分时间常数T
D
=0.1S时,电路中
的参数取:R
1=100K,R
2
=100K,C
1
=1uF、C
2
=10uF (K= (R
1
C
1
+ R
2
C
2
)/ R
1
C 2=1.1,T
I
=R
1
C
2
=100K×10uF=1S,T
D
=R
2
C
1
=100K×1uF=0.1S)
6. 惯性环节
对应参数如下:
比例系数K=1、时间常数T=1S时,电路中的参数取:R
1=100K,R
2
=100K,
C=10uF(K= R
2/ R
1
=1,T=R
2
C=100K×10uF=1)
对应参数如下:
比例系数K=1、时间常数T=0.1S时,电路中的参数取:R
1=100K,R
2
=100K,
C=1uF(K= R
2/ R
1
=1,T=R
2
C=100K×1uF=0.1)
三、实验结论
1.比例(P)环节
经过实验可得,比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化,K=R2/R1。
2.积分(I)环节
由实验可得,积分环节有两个明显的特征:
(1)输出信号是斜坡信号,对于输入信号为阶跃信号的情况,这种输出信号形式与我们数学上的对某一常数按时间做积分运算的结果是一致的,不同之处是,理论上积分结果会随着时间的推移趋于无穷大。
(2)积分常数越大,达到顶峰需要的时间就越长,这也符合理论的结果。
3.比例积分(PI)环节
由实验可得,比例积分环节就是把比例环节与积分环节并联,分别取得结果之后再叠加起来,所以从图像上看,施加了阶跃信号以后,输出信号先有一个乘了系数K的阶跃,之后则逐渐按斜坡形式增加,形式同比例和积分的加和是相同的,因而验证了这一假设。
4.比例微分(PD)环节
比例微分环节对于阶跃信号的响应,在理论上,由于阶跃信号在施加的一瞬间有跳变,造成其微分结果为无穷大,之后阶跃信号不再变化,微分为0,表现为输出信号开始衰减。
由于系统中带有比例环节,因此输出信号不会衰减为零,而是衰减到一定值,之后保持不变。
在实验中观察到的波形,开始的很长一段时间是一段不变化的高电平,这是因为阶跃的微分信号超出了量程,并且在较长时间内还没能衰减到量程以内。
而在过了一段时间以后,会发现信号以震荡的形式衰减到了一个固定的值。
5.比例积分微分(PID)环节
比例积分微分(PID)环节同时具备了比例、积分、微分三个环节的特性,输出图像其实也就是三个环节输出特性的叠加。
三个环节在整个系统中的工作实际上是相互独立的,这也与它们是并联关系的事实相符合。
6. 惯性环节
由实验可得,惯性环节的特点是,当输入x(t)作阶跃变化时,输出y(t)不能立刻达到稳态值,瞬态输出以指数规律变化。
而积分环节,当输入为单位阶跃信号时,输出为输入对时间的积分,输出y(t)随时间呈直线增长。
当t趋于无穷大时,惯性环节可以近似地视为积分环节,当t趋于0,惯性环节可以近似地视为比例环节。