实验目
1. 解掌握典型环节模拟电路构成方法传递函数表达式输出时域函数表达式
2. 观察分析典型环节阶跃响应曲线解项电路参数典型环节动态特性影响
二.实验容步骤
观察分析典型环节阶跃响应曲线解项电路参数典型环节动态特性影响
改变测环节项电路参数画出模拟电路图阶跃响应曲线观测结果填入实验报告
运行LABACT程序选择动控制菜单线性系统时域分析典型环节模拟研究中相应实验项目会弹出虚拟示波器界面点击开始实验机配套虚拟示波器(B3)单元CH1测孔测量波形具体法参见户手册中示波器部分
1).观察例环节阶跃响应曲线
典型例环节模拟电路图311示
图311 典型例环节模拟电路
传递函数: 单位阶跃响应:
实验步骤:注:S ST’短路套短接
(1)函数发生器(B5)产生周期性矩形波信号(OUT)作系统信号输入(Ui)该信号零输出时动模拟电路锁零
① 显示功选择(D1)单元中通波形选择键选中矩形波’(矩形波指示灯亮)
② 量程选择开关S2置档调节设定电位器1矩形波宽度>1秒(D1单元左显示)
③ 调节B5单元矩形波调幅电位器矩形波输出电压 4V(D1单元右显示)
(2)构造模拟电路:图311安置短路套测孔联线表
(a)安置短路套 (b)测孔联线
模块号
跨接座号
1
A5
S4S12
2
B5
SST’
1
信号输入(Ui)
B5(OUT)→A5(H1)
2
示波器联接
×1档
A5(OUTB)→B3(CH1)
3
B5(OUT)→B3(CH2)
(3)运行观察记录:
开虚拟示波器界面点击开始信号发生器(B1)阶跃信号钮(0→+4V阶跃)观测A5B输出端(Uo)实际响应曲线示波器截图详见虚拟示波器
实验报告求:表改变图311示测系统例系数观测结果填入实验报告
R0
R1
输入Ui
例系数K
计算值
测量值
200K
100K
4V
05
05273
200K
4V
1
10255
50K
100K
2V
2
20115
200K
1V
4
4023
R0200K R1100K Ui4V
R0200K R1200K Ui4V
R050K R1100K Ui2V
R050K R1200K Ui1V
2).观察惯性环节阶跃响应曲线
典型惯性环节模拟电路图312示
图312 典型惯性环节模拟电路
传递函数: 单位阶跃响应:
实验步骤:注:S ST’短路套短接
(1)函数发生器(B5)产生周期性矩形波信号(OUT)作系统信号输入(Ui)该信号零输出时动模拟电路锁零
① 显示功选择(D1)单元中通波形选择键选中矩形波’(矩形波指示灯亮)
② 量程选择开关S2置档调节设定电位器1矩形波宽度>1秒(D1单元左显示)
③ 调节B5单元矩形波调幅电位器矩形波输出电压 4V(D1单元右显示)
(2)构造模拟电路:图314安置短路套测孔联线表
1
信号输入(Ui)
B5(OUT)→A5(H1)
2
示波器联接
×1档
A5(OUTB)→B3(CH1)
3
B5(OUT)→B3(CH2)
(a)安置短路套 (b)测孔联线
模块号
跨接座号
1
A5
S4S6S10
2
B5
SST’
(3)运行观察记录:
开虚拟示波器界面点击开始
信号发生器(B1)阶跃信号钮时(0→+4V阶跃)观测A5B输出端(Uo)响应曲线等完整波形出移动虚拟示波器横游标输出稳态值×0632处输出曲线交点移动虚拟示波器两根游标阶跃开始输出曲线交点量惯性环节模拟电路时间常数T
实验报告求:表改变图312示测系统时间常数例系数观测结果填入实验报告
R0
R1
C
输入Ui
例系数K
惯性常数T
计算值
测量值
计算值
测量值
200K
200K
1u
4V
1
10225
02
0190
2u
1
10225
04
0410
50K
100K
1u
2V
2
20115
01
0100
200K
1V
4
40230
02
0200
R0200K R1200K C1u Ui4V
R0200K R1200K C2u Ui4V
R050K R1100K C1u Ui1V
R050K R1200K C1u Ui1V
3).观察积分环节阶跃响应曲线
典型积分环节模拟电路图313示
图313 典型积分环节模拟电路
传递函数: 单位阶跃响应:
实验步骤:注:S ST’短路套短接
(1)避免积分饱函数发生器(B5)产生周期性矩形波信号(OUT)代信号发生器(B1)中工阶跃输出作系统信号输入(Ui)该信号零输出时动模拟电路锁零
① 显示功选择(D1)单元中通波形选择键选中矩形波’(矩形波指示灯亮)
② 量程选择开关S2置档调节设定电位器1矩形波宽度>1秒(D1单元左显示)
(注:积分电容积分电荷充分放掉锁零时间应足够矩形波零输出宽度时间足够长 量程选择开关置档时零输出宽度恒保持2秒)
③ 调节B5单元矩形波调幅电位器矩形波输出电压 1V(D1单元右显示)
(2)构造模拟电路:图313安置短路套测孔联线表
(a)安置短路套 (b)测孔联线
1
信号输入(Ui)
B5(OUT)→A5(H1)
2
示波器联接
×1档
A5(OUTB)→B3(CH1)
3
B5(OUT)→B3(CH2)
模块号
跨接座号
1
A5
S4S10
2
B5
SST’
(3)运行观察记录:
开虚拟示波器界面点击开始观测A5B输出端(Uo)响应曲线等完整波形出点击停止移动虚拟示波器横游标0V处移动根横游标ΔV1V(输入相等)处输出曲线交点移动虚拟示波器两根游标阶跃开始输出曲线交点量积分环节模拟电路时间常数Ti
实验报告求:表改变图313示测系统时间常数观测结果填入实验报告
R0
C
输入Ui
积分常数Ti
计算值
测量值
200K
1u
1V
02
0210
2u
04
0420
100K
1u
01
0110
2u
02
0220
R0200K C1u Ui1V
R0200K C2u Ui1V
R0100K C1u Ui1V
R0100K C2u Ui1V
4).观察例积分环节阶跃响应曲线
典型例积分环节模拟电路图314示
图314 典型例积分环节模拟电路
传递函数: 单位阶跃响应:
实验步骤:注:S ST’短路套短接
(1)避免积分饱函数发生器(B5)产生周期性矩形波信号(OUT)代信号发生器(B1)中工阶跃输出作系统信号输入(Ui)该信号零输出时动模拟电路锁零
① 显示功选择(D1)单元中通波形选择键选中矩形波’(矩形波指示灯亮)
②量程选择开关S2置档调节设定电位器1矩形波宽度>1秒(D1单元左显示)
(注:积分电容积分电荷充分放掉锁零时间应足够矩形波零输出宽度时间足够长 量程选择开关置档时零输出宽度恒保持2秒)
③ 调节B5单元矩形波调幅电位器矩形波输出电压 1V(D1单元右显示)
(2)构造模拟电路:图314安置短路套测孔联线表
(a)安置短路套 (b)测孔联线
模块号
跨接座号
1
A5
S4S8
2
B5
SST’
1
信号输入(Ui)
B5(OUT)→A5(H1)
2
示波器联接
×1档
A5(OUTB)→B3(CH1)
3
B5(OUT)→B3(CH2)
(3)运行观察记录:
开虚拟示波器界面点击开始观测A5B输出端(Uo)响应曲线等完整波形出点击停止移动虚拟示波器横游标输入电压×例系数K处移动根横游标(输入电压×例系数K+输入电压)处积分曲线两交点分移动示波器两根游标积分曲线两交点量积分环节模拟电路时间常数Ti
实验报告求:表改变图314示测系统时间常数例系数观测结果填入实验报告
R0
R1
C
输入Ui
例系数K
积分常数Ti
计算值
测量值
计算值
测量值
200K
200K
1u
1V
1
1
02
0210
2u
1
1
04
0420
100K
1u
2
2
02
0210
2u
2
2
04
0410
R0200K R1200K C1u Ui1V
R0200K R1200K C2u Ui1V
R0100K R1200K C1u Ui1V
R0100K R1200K C2u Ui1V
5).观察例微分环节阶跃响应曲线
典型例微分环节模拟电路图315示
图315 典型例微分环节模拟电路
实验步骤:注:S ST’短路套短接
(1)函数发生器(B5)单元矩形波输出作系统输入R(连续正输出宽度足够阶跃信号)
① 显示功选择(D1)单元中通波形选择键选中矩形波’(矩形波指示灯亮)
② 量程选择开关S2置档调节设定电位器1矩形波宽度1秒左右(D1单元左显示)
③ 调节B5单元矩形波调幅电位器矩形波输出电压 05V(D1单元右显示)
(2)构造模拟电路:图315安置短路套测孔联线表
(a)安置短路套 (b)测孔联线
模块号
跨接座号
1
A4
S4S9
2
A6
S2S6
3
B5
SST’
1
信号输入(Ui)
B5(OUT)→A4(H1)
2
运放级联
A4(OUT)→A6(H1)
3
示波器联接
×1档
A6(OUT)→B3(CH1)
4
B5(OUT)→B3(CH2)
(3)运行观察记录:虚拟示波器时间量程选/4’档
① 开虚拟示波器界面点击开始示波器观测系统A6输出端(Uo)等完整波形出输出高端电压减稳态输出电压然0632ΔV
② 移动虚拟示波器两根横游标高端开始ΔV处止微分指数曲线交点移动虚拟示波器两根游标阶跃开始曲线交点量Δt
③ 已知KD10图315例微分环节模拟电路微分时间常数:
6).观察PID(例积分微分)环节响应曲线
PID(例积分微分)环节模拟电路图316示
图316 PID(例积分微分)环节模拟电路
实验步骤:注:S ST’短路套短接
(1)避免积分饱函数发生器(B5)产生周期性矩形波信号(OUT)代信号发生器(B1)中工阶跃输出作系统信号输入(Ui)该信号零输出时动模拟电路锁零
① 显示功选择(D1)单元中通波形选择键选中矩形波’(矩形波指示灯亮)
② 量程选择开关S2置档调节设定电位器1矩形波宽度04秒左右(D1单元左显示)
③ 调节B5单元矩形波调幅电位器矩形波输出电压 03V(D1单元右显示)
(2)构造模拟电路:图316安置短路套测孔联线表
1
信号输入(Ui)
B5(OUT)→A2(H1)
2
示波器联接
×1档
A2B(OUTB)→B3(CH1)
3
B5(OUT)→B3(CH2)
(a)安置短路套 (b)测孔联线
模块号
跨接座号
1
A2
S4S8
2
B5
SST’
(3)运行观察记录:
① 开虚拟示波器界面点击开始示波器观测A2B输出端(Uo)
② 等完整波形出点击停止移动虚拟示波器两根横游标ΔVKp×输入电压积分曲线两交点
③ 分移动示波器两根游标积分曲线两交点量积分环节模拟电路时间常数Ti
④ A2单元S9短路套套点击开始示波器观测系统A2B输出端(Uo)等完整波形出高端电压减稳态输出电压然0632ΔV
⑤ 移动虚拟示波器两根横游标高端开始ΔV处止微分指数曲线交点移动虚拟示波器两根游标阶跃开始曲线交点量τ
⑥ 已知KD图316例微分环节模拟电路微分时间常数:
三.实验分析
必须说明虚拟示波器采双迹示波器分通CH1CH2采集输出两条轨迹线绿色蓝色CH1采集输出信号CH2采集输入信号
实验分析:1例环节阶跃响应曲线图出改变例系数改变输入信号电压幅度:输入信号阶跃幅度例系数成正变化例系数05时输出信号电压幅度输入信号05倍例系数1时输出信号变原信号输出例系数2时输出信号电压幅度输入信号2倍例系数4时输出信号电压幅度输入信号四倍
2惯性环节阶跃响应曲线图出惯性系数越达稳态时间越长理解惯性环节作系统加入惯性环节目加长稳态时间延迟作惯性环节阶跃响应曲线电压幅度例系数成正关系升高度绝会超稳态值
3积分环节阶跃响应曲线实验波形图观察出积分常数越信号斜率越信号0态1态时间越长积分环节延迟信号惯性环节积分环节阶跃响应曲线条斜率定直线
4例积分环节阶跃响应曲线四张图较结①例系数K变化导致阶跃信号零点变化根波形图具体变化例系数K1时零点升1V例系数2时零点零点升2V②积分常数变化导致阶跃信号斜率变化根波形图具体变化积分系数越阶跃信号斜率越阶跃曲线5V保持稳定否持续升直完成阶跃周期
5 例微分环节阶跃响应曲线信号求导数阶跃响应曲线幅度导数会击函数说误差时候通例微分环节会变成值系统会立识出误差作出反应起控制作例微分环节作波形图中出
6例积分微分环节(PID)响应曲线中例环节干扰成例输出积分环节干扰累积输出微分环节干扰变化速度反应通例积分环节杂波效清信号更加快速准确稳定
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