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文檔簡介
1、學(xué) 生 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告(理工類)課程名稱: 自動(dòng)控制原理 專業(yè)班級(jí): 14電氣(2) 學(xué)生學(xué)號(hào): 學(xué)生姓名: 所屬院部: 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師: 吳洪兵 20 15 20 16 學(xué)年 第 二 學(xué)期 金陵科技學(xué)院教務(wù)處制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱:典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí): 2 同組學(xué)生姓名: 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn): PAC電氣控制實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)日期: 2016年5月26日 實(shí)驗(yàn)成績: 批改教師: 吳洪兵 批改時(shí)間: 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?熟悉典型環(huán)節(jié)的電路模擬;2熟悉MATLAB中的simulink仿真。二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)過程(1)比例環(huán)節(jié)(又叫放大環(huán)節(jié)) 定義:具有比例運(yùn)算關(guān)系的元部件稱為
2、比例環(huán)節(jié)。特點(diǎn):輸出量按一定比例復(fù)現(xiàn)輸入量,無滯后、失真現(xiàn)象。運(yùn)動(dòng)方程: c(t)=K r(t) K放大系數(shù)傳遞函數(shù): 放大電路其它一些比例環(huán)節(jié):(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(yīng)需要一定的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值,故稱為一階慣性環(huán)節(jié)。特點(diǎn):此環(huán)節(jié)中含有一個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)能元件,以致對(duì)突變的輸入來說,輸出不能立即復(fù)現(xiàn),存在時(shí)間上的延遲。運(yùn)動(dòng)方程為: 傳遞函數(shù): T 慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù) RC電路 其它一些慣性環(huán)節(jié)(3)積分環(huán)節(jié) 定義:符合積分運(yùn)算關(guān)系的環(huán)節(jié)稱為積分環(huán)節(jié)。特點(diǎn):動(dòng)態(tài)過程中,輸出量的變化速度和輸入量成正比。運(yùn)動(dòng)方程: 傳遞函數(shù): 其中,T為積分環(huán)節(jié)的時(shí)
3、間常數(shù),表示積分的快慢程度。積分電路(4)微分環(huán)節(jié) 定義:符合微分運(yùn)算關(guān)系的環(huán)節(jié)稱為微分環(huán)節(jié)。特點(diǎn):動(dòng)態(tài)過程中,輸出量正比于輸入量的變化速度。運(yùn)動(dòng)方程為: 其中,-微分環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù),表示微分速率的大小。傳遞函數(shù): 微分運(yùn)算放大器 測速發(fā)電機(jī)其它微分環(huán)節(jié)(5)振蕩環(huán)節(jié) 特點(diǎn):振蕩環(huán)節(jié)是由二階微分方程描述的系統(tǒng)。包含兩個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)能元件,當(dāng)輸入量發(fā)生變化時(shí),兩個(gè)儲(chǔ)能元件的能量進(jìn)行交換,使輸出帶有振蕩的性質(zhì)。運(yùn)動(dòng)方程為:傳遞函數(shù): 其中, 是阻尼比,是無阻尼自然振蕩頻率 R-L-C電路(6)延遲環(huán)節(jié) 傳遞函數(shù):對(duì)于延遲時(shí)間很小的延遲環(huán)節(jié),常把它展開成泰勒級(jí)數(shù),并略去高次項(xiàng),得:所以,延遲環(huán)節(jié)在一定條
4、件下可近似為慣性環(huán)節(jié) 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析(1)比例環(huán)節(jié)傳遞函數(shù): Simulink比例環(huán)節(jié)仿真圖 比例環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線關(guān)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(jì)飽和的電子放大器、測速發(fā)電機(jī)(輸出為電壓、輸入為轉(zhuǎn)速時(shí))等都可認(rèn)為是比例環(huán)節(jié)。(2)慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù): Simulink慣性環(huán)節(jié)仿真圖慣性環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線關(guān)于慣性環(huán)節(jié)的分析: 當(dāng)慣性環(huán)節(jié)的輸入量為單位階躍函數(shù)時(shí),該環(huán)節(jié)的輸出量將按指數(shù)曲線上升,在經(jīng)過3個(gè)T時(shí),響應(yīng)曲線達(dá)到穩(wěn)態(tài)值得95%,或經(jīng)過4個(gè)T時(shí),響應(yīng)曲線達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的98%,即
5、輸出響應(yīng)具有慣性,時(shí)間常數(shù)T越大慣性越大。RC電路、RL電路、直流電動(dòng)機(jī)電樞電路(當(dāng)電樞電感可忽略不計(jì)時(shí))都可看做慣性環(huán)節(jié)。(3)積分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù): Simulink積分環(huán)節(jié)仿真圖 積分環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線關(guān)于積分環(huán)節(jié)的分析:當(dāng)積分環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)為單位階躍函數(shù)時(shí),則輸出為,它隨著時(shí)間直線增長。響應(yīng)的增長速度由決定,即T越小,上升越快。當(dāng)輸入突然除去時(shí),積分停止,輸出維持不變,故有記憶功能。對(duì)于理想的積分環(huán)節(jié),只要有輸入信號(hào)存在,不管多大,輸出總要不斷上升,直至無限。當(dāng)然,對(duì)于實(shí)際部件,由于能量有限、飽和限制等,輸出是不可能達(dá)到無限的。(4)微分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù): Simulink微分環(huán)節(jié)仿真圖微分
6、環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線關(guān)于微分環(huán)節(jié)的分析: ,式中,為時(shí)間微分常數(shù)。越小,響應(yīng)曲線越陡峭。當(dāng)<<1時(shí),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(dǎo)數(shù)成正比。輸入是單位階躍函數(shù),則理想微分環(huán)節(jié)的輸出,其中是單位脈沖函數(shù)。由于微分環(huán)節(jié)預(yù)示輸入信號(hào)的變化趨勢,所以常用來改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。(5)振蕩環(huán)節(jié)傳遞函數(shù): 在此仿真中,先取相同,取不同的,觀察其振蕩環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)情況。再取相同的,觀察不同大小下的單位階躍響應(yīng)情況。 阻尼比分別取為0、0.1、0.5、1、1.5、2.0,皆為10Simulink保持不變的振蕩環(huán)節(jié)仿真圖 振蕩環(huán)節(jié)保持不變的單位階躍響應(yīng)曲線 無阻尼自然振蕩頻率分別取10、20、40,取=0.1。Simulink保持不變的振蕩環(huán)節(jié)仿真圖振蕩環(huán)節(jié)保持不變的單位階躍響應(yīng)曲線關(guān)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(dá)到穩(wěn)態(tài)值。與值在一定范圍內(nèi)的欠阻尼系統(tǒng)相比,過阻尼系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍,動(dòng)作很緩慢,所以一般的控制系統(tǒng)大都設(shè)計(jì)成欠阻尼系統(tǒng)。此外,對(duì)于相同而不同的二階系統(tǒng),由于具有相同的振蕩模式和過調(diào),其相對(duì)穩(wěn)定程度相同。(6)延滯環(huán)節(jié)傳遞函數(shù):Simulink延滯環(huán)節(jié)仿真圖延滯環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線關(guān)于延滯環(huán)節(jié)的分析
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