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1、试验一 典型环节的电路模拟与软件仿真争论一试验目的1. 通过试验生疏并把握试验装置和上位机软件的使用方法。2. 通过试验生疏各种典型环节的传递函数及其特性，把握电路模拟和软件仿真争论方法。二试验内容1. 设计各种典型环节的模拟电路。2. 完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并争论参数变化对典型环节阶跃特性的影响。3. 在 MATLAB 软件上，填入各个环节的实际非抱负传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真争论，并与电路模拟争论的结果作比较。三试验步骤1. 生疏试验箱，利用试验箱上的模拟电路单元，设计并连接各种典型环节包括比例、 积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节的模拟
2、电路。接线时要留意：先断电，再接线。接线时要留意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。U3 单元的 O1 接被测对象的输入、G 接G1、U3 单元的I1 接被测对象的输出。2. 利用试验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并争论参数变化对典型环节阶跃特性的影响。首先必需在生疏上位机界面的操作，充分利用上位机供给的虚拟示波器与信号发生器功能。为了利用上位机供给的虚拟示波器与信号发生器功能。接线完成，经检查无误，再给试验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。按通道接线状况:通过上位机界面中“通道选择”选择 I1、I2 路软件界面上的操作步骤如下：号发生端口.不同的通道,图形显示控件中波形的
3、颜色将A/D 通道作为被测环节的检测端口,选择 D/A 通道的 O1“测试信号 1”作为被测对象的信不同。硬件接线完毕后,检查USB 口通讯连线和试验箱电源后，运行上位机软件程序,假设有问题恳求指导教师帮助。进入试验模式后，先对显示模式进展设置：选择“X-t 模式”；选择“T/DIV”为 1s/1HZ。选择“测试信号”为“周期阶跃信号”，选择“占空比”为 50%，选择“T/DIV”为“1000ms”， 选择“幅值”为“3V”， 可以依据试验需要调整幅值，以得到较好的试验曲线，将 “偏移”设为“0”。以上除必需选择“周期阶跃信号”外， 其余的选择都不是唯一的。要特别留意，除单个比例环节 外，对其
4、它环节和系统都必需考虑环节或系统的时间常数， 如仍选择“输入波形占空比”为50%，那么“T/DIV”至少 是环节或系统中最大时间常数的 68 倍。这样，试验中才能观测到阶跃响应的整个过程。以上设置完成后，按 LabVIEW 上位机软件中的完成上述试验设置，然后设置试验参数，在界面的右边可以设置系统测试信号参数，“RUN”运行图标来运行试验程序，然后点击右边的“启动/停顿”按钮来启动试验，动态波形得到显示，直至周期响应过程完毕，如上述参数设置合理就可以在主界面图形显示控件中间得到环节的“阶跃响应”。利用LabVIEW 软件中的图形显示控件中光标“Cursor”功能观测试验结果；转变试验箱上环节参
5、数，重复的操作；如觉察试验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复、的操作。按试验报告需要，将图形结果保存为位图文件。3分析试验结果，完成试验报告。四附录1. 比例(P)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应U (s)比例环节的传递函数为： O= KiU (s)R其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图 1.1.1、图 1.1.2 和图 1.1.3 所示，于是 K =1 。R00试验参数取R 100k，R1200k，R=10k。试验接线如以以下图：2. 积分(I)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应U (s)1积分环节的传递函数为： O=iU (s)Ts其方块图、模拟电路和阶跃响
6、应，分别如图 1.2.1、图 1.2.2 和图 1.2.3 所示，于是T = R C ，0试验参数取R0100k，C1uF，R=10k。试验接线如以以下图：3. 比例积分(PI)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应比例积分环节的传递函数为：U1O = K +UTsi其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.3.1、图 1.3.2 和图 1.3.3 所示，于是RK =1 ， T = R CR004. 比例微分(PD)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应U比例微分环节的传递函数为： O = K(1+ Ts)Ui其方块图和模拟电路分别如图 1.4.1、图 1.4.2 所示。其模拟电路是近
7、似的即实际 PDR + RR R环节，取 R , R R，则有 K =12 , T =1 2C ，试验参数取R10k，R 10k，R123RR + R012012310k，R 1K，C10uF，R=10k。对应抱负的和实际的比例微分(PD)环节的阶跃响应分别如图 1.4.3a、图 1.4.3b 所示。实际 PD 环节的传递函数为：U (s)R + R R R Cso=12 1+12U (s)Ri0(R + R )(R Cs +1)123供软件仿真参考(R R + R R + R R )Cs + (R + R )=12233112R R Cs + R030试验接线如以以下图：5. 惯性环节的传递
8、函数、方块图、模拟电路和阶跃响应UK惯性环节的传递函数为： O =iUTs +1试验接线如以以下图：其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图 1.5.1、图 1.5.2 和图 1.5.3 所示，其中RK =1 , T = R C ，试验参数取R200k，R200k，C1uF，R=10k。R10106. 比例积分微分(PID)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应比 例 积 分 微 分 环 节 的 传 递 函 数 为 ：OU (s)iU (s)K1T s=+T sPT sd i其方块图和模拟电路分别如图1.6.1、图 1.6.2 所示。d其模拟电路是近似的即实际PID 环节，取 RR R ，1将 近 似 上 述 理 想PID23UsUsRR R环 节 有iKoPK=1 , T = R C , T=1 2 C，试验参数取 R 200k，PRi00 1dR20012312R 100k，R 10k，R 1k，C 1uF，C 10uF，R=10k。 1对应抱负的和实际的比例积分微分 (PID)环节的阶跃响应分别如图 1.6.3 a、图 1.6.3 b 所示。实际 PID 环节的传递函数为：T si图1.6.1R C(R CsU (s)R + R1R C (R C s +1)1)o=1U (s)R2 + R C s +2211+供软件仿真参考i0010132试验接线如以以下图：