自控实验一 典型环节的特性测试
分类：作业 ; 热度：6459 ; 最后更新于2020 年 02 月 14 日
广西大学电气工程学院
《自动控制理论》实验报告
成绩 教师签字
学生姓名 赵帆 学号 17021***** 专业班级 电自171班
20 年 月 日
实验一 典型环节的特性测试
实验原理：
系统一般由不同的基本环节构成。例如:由电子线路组成的放大器是最常见的比例环节;积分和惯性环节也是非常常见的，如液位控制系统中阀控液压缸可以看成积分环节;而直流电机的励磁电路就是一个惯性环节。比例环节可以改变输入信号的放大倍数;积分环节具有记忆能力，常用来改善系统的稳定性;微分环节则常用来改善系统的动态特性。
实验设备与软件：
1、Multisim电路设计与仿真软件
2、leaSaC实验台与虚拟示波器（示波器）
实验模块：函数信号发生器、有源模块M1~M8、阻容库A/B、可变阻容库
实验内容与方法：
1. 实验内容
- 比例(K) 环节实验
1）Mutisim仿真：
图一 典型比例环节阶跃响应实验原理图
结果：
图二 典型比例环节阶跃响应曲线
- 积分(PI )环节
1）Mutisim仿真：
图三 典型积分环节阶跃响应实验原理图
结果：
图四 典型积分环节阶跃响应曲线
- 比例积分(PI )
1）Mutisim仿真：
图五 典型比例积分环节阶跃响应实验原理图
结果：
图六 典型比例积分环节阶跃响应曲线
- 惯性环节的阶跃响应曲线。
1）Mutisim仿真：
图七 典型惯性环节阶跃响应实验原理图
结果：
图八 典型惯性环节阶跃响应曲线
- 一阶柔化微分环节的阶跃响应曲线。
- Mutisim仿真：
图九 一阶柔化微分环节阶跃响应实验原理图
结果：
图十 一阶柔化积分环节阶跃响应曲线
- 二阶柔化微分环节的阶跃响应曲线
- Mutisim仿真：
图十一 二阶柔化微分环节阶跃响应实验原理图
结果：
图十二 二阶柔化微分环节阶跃响应曲线
2. 实验方法
首先按各接线原理图在试验箱上接好线，然后将示波器接入电路。用函数信号发生器的“阶跃激发按钮”和“阶跃调幅电位器”构造输入信号，调节到2.5V，按“节约信号”按钮。计算出比例系数、积分时间常数、微分时间常数、惯性积分等。观察示波器上的波形与仿真出的波形图的不同，并记录数据。
3.实验过程与分析
在做积分环节的实验时出现了无论怎样调输出电压，输出波形也不变化的情况，后来经过反复检查，原来是因为输出电压调得太高了，已经积分饱和了。后来把电压调回1.7V，波形就正常输出了。
各波形的特点：
比例环节的输出波形与输入波形一样，幅度变大。
积分环节的输出波形先是有一段从0开始以一定斜率直线上升的波形，后达到一稳定值，稳定值即最大值，比输入电压大。
比例积分环节的输出波形与积分环节的有点像，但它一开始的起点就大于等于输入电压值，然后也是以一定斜率直线上升，后达到一稳定值，稳定值即最大值，比输入电压大。
惯性环节的输出波形是以一弧形波电压上升，后达到一稳定值也是最大值，等于输入电压。
表1 实验内容2的数据记录表格
| 比例(=0.5 ) | 积分(=0.4s) | 比例积分(= 15.15，=0.033s) | ||
| 输入值（V） | 5.00 | 5.00 | 5.00 | |
| 输出值（V） | Multisim波形 | ----- | ----- | ---- |
| 试验箱波形 | 见图二 | 见图四 | 见图六 | |
| 最终值(V) | -2.5 | 6.46 | 9.704 | |
| 一阶微分 (=0.4s) | 二阶微分(=0.4s) | 惯性(=0.2s) | ||
| 输入值（V） | 5.00 | 5.00 | 5.00 | |
| 输出值（V） | Multisim波形 | ---- | ---- | ---- |
| 试验箱波形 | 见图十 | 见图十二 | 见图八 | |
| 最终值(V) | 1.717 | -3.283 | -2.305 | |
表2 实验内容3的数据记录表格
| 时间常数 | R的值 | C的值 | Multisim上升斜率 | leaSaC上升斜率 |
| 0.2s | 200K | 1u | 0.24 V/S | —— |
| 0.5s | 500K | 1u | 0.1 V/S | —— |
表3 实验内容4的数据记录表格
| 时间常数 | R的值 | C的值 | Multisim稳定时间 | leaSaC稳定时间 |
| 0.2s | 200K | 1u | 0.615 S | —— |
| 0.5s | 500K | 1u | 2.010 S | —— |
实验总结
在这次实验中，我学到很多东西，加强了动手能力，并且培养了独立思考能力。特别是在做实验报告时，数据处理时出现很多问题，如果不解决的话，将会很难的继续下去。要求懂Multisim软件的一些基本操作；并且在获取数据时，注意读取波形要改变采样频率等等。
还有动手做这次实验，使测试技术这门课的一些理论知识与实践相结合，更加深刻了我们对测试技术这门课的认识，巩固了我们的理论知识。