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类型实验一 典型环节的模拟电路和软件仿真.doc

  • 上传人:hwpkd79526
  • 文档编号:7218840
  • 上传时间:2019-05-10
  • 格式:DOC
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    实验一 典型环节的模拟电路和软件仿真.doc
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    1、1广 东 海 洋 大 学 学 生 实 验 报 告 书实验名称 典型环节的模拟电路和软件仿真 课程名称 自动控制原理 成绩学院(系) 信息学院 专业 班级学生姓名 学号 实验地点 实验日期一.实验目的1.学习构成典型环节的模拟电路。2.掌握典型环节的软件仿真方法。3.学习由阶跃响应计算典型环节的传递函数。二.实验内容1,构成各典型环节的模拟电路。2,用 MATLAB 仿真各典型环节。3,由阶跃响应计算典型环节的传递函数。三.电路模拟实现原理1,构成比例环节的模拟电路(见图 1)该电路的传递函数为:G(s)=-R2/R1。图 1 比例环节的模拟电路原理图 图 2 惯性环节的模拟电路原理图2.构成惯

    2、性环节的模拟电路(见图 2)该电路的传递函数为:G(s)= -K/(Ts+1), K=R2/R1 , T=R2C 3,构成积分环节的模拟电路(见图 3)该电路的传递函数为:G(s)= -1/Ts , T=RC .指导教师 日期GDOU-B-11-1122注:请用 A4 纸书写,不够另附纸。图 3 积分环节的模拟电路原理图 图 4 比例积分环节的模拟电路原理图4,构成比例-积分环节的模拟电路(见图 4)该电路的传递函数为:G(s)= - K(1+1/Ts), K=R2/R1 , T=R2C .5,构成比例-微分环节的模拟电路(见图 5)该电路的传递函数为:G(s)= - K(Ts+1), K=R

    3、2/R1 , T=R1C .图 5 比例-微分环节的模拟电路 图 6 比例- 积分-微分环节的模拟电路6,构成比例-积分- 微分环节的模拟电路(见图 6)该电路的传递函数为:G(s)=Kp(1+1/Tis)(TdS+1)Kp=(Rf+R1)/Ri+(R2+R1)/RiC/CfTf=R2CTi=(R1+Rf)Cf+(R1+R2)CTd=(R1R2+R1Rf+R2Rf)CCf/(R!+Rf)Cf+(R1+R2)C四软件仿真实现方法1,开机执行程序 Matlab.进入 Matlab 命令窗口:“ Command Window”。2,建立典型环节数学模型,键入程序:%定义元件参数R1=105;R2=2

    4、*105;C1=10(-6);3C2=10(-8);%建立比例环节的传递函数 Gp(s)=R2/R1;并绘制其单位阶跃响应曲线nump=R2/R1;denp=1;Gp=tf(nump,denp)figure(1)step(Gp)结果如图 7 所示,可见,比例环节的作用只是将输入信号的幅值放大相应的倍数。【注】step 是用来求系统阶跃响应的函数,有以下几种调用格式:(1) sys=tf(num,den)step(sys)该格式用来绘制系统 sys 的单位阶跃响应曲线。(2)Y,T=step(sys)返回变量 Y 为输出响应,T 为时间向量,不绘图。(3)Y,T,X=step(sys)返回变量

    5、X 为状态变量,不绘图。该格式 sys 应为状态空间模型。图 7 比例环节的单位阶跃响应曲线 图 8 惯性环节的单位阶跃响应曲线%建立惯性环节的传递函数 Gg(s)=1/(Ts+1);并绘制其单位阶跃响应曲线K=1;T=R2*C1;numg=K;deng=T,1;Gg=tf(numg,deng)figure(2)step(Gg)结果如图 8 所示,可见,系统由于存在一定的惯性,故输出呈现缓慢上升的过程,系统惯性越大,输出曲线上升越慢,跟踪输入所需要的时间也越长。%建立积分环节的传递函数 Gi(s)=1/(Ts);并绘制其单位阶跃响应曲线T=R1*C1;numi=1;deni=T,0;4Gi=t

    6、f(numi,deni)figure(3)step(Gi)结果如图 9 所示,可见,当输入为阶跃函数时,经过积分环节作用,输出显示为斜坡函数。%建立微分环节的传递函数 Gd(s)=Ts;并绘制其单位阶跃响应曲线T=R1*C2;N=100;numd=T,0;dend=T/N,1;Gd=tf(numd,dend)figure(4)step(Gd)图 9 积分环节的单位阶跃响应曲线 图 10 微分环节的单位阶跃响应曲线结果如图 10 所示,可见,当输入为阶跃函数时,经过微分环节作用,输出显示为脉冲函数。注因为纯微分环节在实际中无法实现,函数 step()不支持此类系统,故微分环节TdS 的仿真模型使

    7、用下式:Gd(s)=TdS /(1+ TdS /N) 式中,N 一般大于 10.显然,当 N 趋向无穷大时,上式即为理想的微分环节 TdS%建立比例 -微分环节的传递函数 Gp(s)=K(Ts+1);并绘制其单位阶跃响应曲线K=R2/R1;T=R1*C1;numpd=K*T,K;denpd=T/N,1;Gpd=tf(numpd,dend)figure(5)step(Gpd)结果如图 11 所示,可见,经过比例微分作用,系统输出的幅值被调整,同时呈现脉冲函数的形式。%建立比例 -积分环节的传递函数 Gpi(s)=K(1+1/Ts); 并绘制其单位阶跃响应曲线K=R2/C1;T=R2*C1;5numpi=K*T,K;denpi=T,0;Gpi=tf(numpi,denpi)figure(6)step(Gpi)结果如图 12 所示,可见,经过比例积分作用,系统输出的幅值被调整,同时呈现斜坡函数的形式。3.观察并记录各典型环节的阶跃响应曲线。图 11 比例-微分环节的单位阶跃响应曲线 图 12 比例- 积分环节的单位阶跃响应曲线五、实验思考(1)为什么函数 step() 不支持纯微分环节?为什么说纯微分环节在实际中无法实现?(2) 积分环节和惯性环节的主要区别是什么?在什么情况下惯性环节可视为积分环节?(3) 惯性环节在什么条件下可视为比例环节?能否通过实验验证?

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