实验一 典型环节及其阶跃响应在线视频

各位同学，大家好

今天我们将要完成机械工程控制基础课程的实验课学习

实验课的目的是让同学们学会

利用搭建硬件电路的实验方法

来进一步巩固和加深对

机械工程控制基础这门课程理论知识的学习

根据理论课的学习，

我们的实验内容主要分为以下四个部分

第一部分及实验一

是学习控制系统的一阶典型环节

及其阶跃响应特性

第二个部分

及实验二

是学习控制系统的二阶系统及其阶跃响应，

并学会二阶系统的时域性能指标的测量

第三部分及实验三

是学习控制系统的增益，对系统稳定性的影响

第四部分及实验四

是学习控制系统的频域分析

及通过观测不同频率下的正弦信号输入

及输出的幅值和相位关系

从而得到系统的幅频响应特性

和项频响应特性

今天我们首先来学习实验一

实验一，典型环节及其阶跃响应

实验目的

是掌握控制系统的模拟实验的基本原理和一般方法

观测并掌握各典型环节的时域响应波形及特点

那么我们所用到的实验仪器设备有

EL−AT−III型自动控制系统实验箱一台

计算机一台

首先，我们要给大家介绍一下模拟实验的基本原理

控制系统模拟实验采用符合网络法来模拟各种典型环节

及利用运算放大器不同的输入网络

和反馈网络模拟各种典型环节

然后按照给定系统的结构图，

将这些模拟环节连接起来

便得到了相应的模拟系统

再将输入信号加到模拟系统的输入端，

并利用计算机等测量仪器

测量系统的输出，

便可得到系统的动态响应曲线及性能指标

若改变系统的参数，

还可进一步分析研究参数，对系统性能的影响

这就是模拟实验的基本原理

那么接下来我们将进入具体的实验内容介绍及操作演示

好，接下来我们进入

实验一的具体的实验内容和实验操作步骤

第一部首先启动计算机

在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件

第二步连接好

自动控制实验系统实验箱的电源线与计算机的数据线

测试计算机与实验箱的通信是否正常？

通信正常，则继续

如通信不正常，则需要查找原因

使通信正常以后才可继续进行实验

如通信正常，那么我们在

软件的演示界面当中会看到如下的

显示界面图

那么首先我们接下来看，实验一的第一个环节

比例环节的模拟电路及其传递函数

如图1.1所示

那么我们按照图1.1所示的电路原理图来接线

在接线的过程当中

电路的输入

电路的输出

检查无误后，接通电源

运算放大器的同相端所化的电阻为标数值

在实际接线时此电阻

可不用接

那么，即用导线将同向端直接接地即可

具体的实践操作，请观看实际操作演示

好，各位同学，我们先来看典型环节的比例环节

那么接下来我们先按照图1.1所示的比例环节的

模拟电路来接

实验电路图，

那么在家实验电路图的过程当中，

有这么几个注意事项，大家要注意

电路的输入端U1，那么应该去接

adda卡的这个Da1输入

电路的输出，那么要去接到了

adda卡的这个AD1作为输出

其中，大家再看一下电路原理图，大家会发现

同向端所接的电阻是没有具体的数值的

因此，我们在接线的过程当中

那么同向端的电阻可以

不用去接

也即意味着同向端直接接地即可，

好，接下来我们来看一下实物电路的接线演示

那么，选择adda卡的da1输入端，

然后接一个一百千欧的电阻

一百千欧的电阻，

然后接到集成运算放大器的反向输入端

反向输入端

与输出端之间在并联上一个二百千欧的电阻

那么刚刚说说到的这个同向端不接电阻直接

接到D输出

然后呢将

集成运算放大器的输出

接Da和ad卡的ad1输出端

那么我们第一个比例环节的典型环节电路

演示接线就接好了，接下来我们通过

计算机来观测它的仿真波形即可

第三步，

根据图1.1接好电路，接通电源后，

在实验项目的下拉列表中选择实验一

一，典型环节及其阶跃响应

第四步鼠标单击运行按钮弹出实验课题参数设置对话框

在参数对话框中选择方波信号输入

且不改变其他实验参数设置

直接鼠标单击确定后，

等待屏幕的显示区，显示实验结果

那么我们可以看到，实验一的实验波形如

图所示

重复上述的三四两个步骤，

观测实验指导书图1.2至图1.6所示的实验电路波形

并根据实验记录表1-1的参数变化，

完成每个环节的实验波形检测，并做好记录

那么，我们在此可以先给大家看一下的是

图1.2到图1.6所对应的实验波形图

那么大家分别可以来看

图1.2点1对应图1.2惯性环节的模拟电路

图1.3.1对应图1.3积分环节

模拟电路

图1.4.1对应的是图1.4微分环节模拟电路的实验波形

那么，同理可以看到的是，图1.5和1.6的选波形电路图

分别如图1.5.1和1.6.1所示

那么，最后请大家观看实验操作演示

并根据实验电路的原理图，

完成实验电路的搭建和实验波形观测及记录

好，各位同学

我们刚刚观测了比例环节的

他的输出波形，那么大家可以看到输出

被放大了相应的倍数

那么接下来我们来看第二个典型的环节是

惯性环节那么大家观测一下，

指导书上所式的图1.2

请大家将图1.2与图1.1做一个对比，我们会发现

图1.2所示的电路，

只是在图11所示的电路的基础上，多并联了一个电容，

因此我们不需要将电路

直接拆除

只要在比例环节的基础上，那么我们在反向输入端

与输出端之间，我们并上一个一μF的电容即可

好，那么这个就是我们第二个惯性环节的实验电路

因为我们惯性环节接了电容

那么电容在

电路工作期间，他的充放电

会对响应有一个非常微弱的影响，

在这种情况下，

那么我们可以在这个电容的两端

注意一下，是在电容的两端分别并联上一个模拟开关

好，注意这个模拟开关

它在电路图当中没有显示

那么大家在并联电容的时候

可以选择并联系上模拟开关

也可以选择不并联模拟开关

这个可以是我们的

实际的实验的显示测量波形来决定

那么，接下来同样的我们在

计算机上来观测第二个典型环节惯性环节的实验波形即可

接下来我们来看第三个典型环节，积分环节，

那么请大家观测实验指导书的图1.3，按照图1.3连线

好，从图1.3当中，我们可以看到的是，

仍然从AD卡的Da1作为输入端

那么我们需要去接一个一百千欧的电阻，

接到集成运算放大器的反向输入端

好在于反向输入端与输出端之间

仍然并联上一个一μF的电容

同样的，需要将集成运算放大器的同相输入端，

直接接到D

最后我们将集成运放的输出与

那么，这个就是第三个典型环节的电路图，

接下来，我们在计算机上观测，输出波形即可

好，各位同学接下来我们来连接第四个典型环节，

微分环节

那么在接线的过程当中，仍然选择

好，根据图1.4所示的电路图，

我们知道输入端接下来需要去

接一个一μF的电容

然后再连接到集成运算放大器的反向输入端

反向输入端

在输出端与反向输入端之间，

大家会看到我们需要并联上一个二百千欧的

电阻

除了二百千欧的电阻，

那么我们仍然需要在集成运算放大器的

反向输入端与输出端之间

并联上一个0.01μF的

电容

好并联好了以后仍然跟前面的电路处理一样

同向输入端直接接到D

输出端

这个就是典型的微分环节

那么我们在接这个电路的过程当中，

我要给大家做一个补充说明

我们在接线的过程当中，

那么具体的每一个

模块，它的电容和电阻的位置

是可以任意使用的

也就是说

我不限定每个区域的集成运放，

必须要对应的是它所对应的电阻和电容

整个实验箱上的电阻和电容，

我们可以任意根据需要来进行选择

好，各位同学，这就是我们第四个环节，

微分环节的电路实验原理图

那么接下来我们通过计算机来观测

微分环节的输出波型即可

各位同学，那么接下来我们来连接第五个部分

的电路图即微分和比例环节

那么这是由两个典型环节共同组成的，

那么我们

观测图1.5所示的这个电路图，大家会发现

在这个电路的输入端，

也即集成运算放大器的反相端

是有一个一百千欧和一μF的电容相并联的

好，那么接下来我们来看一下

第五个环节的实验接线操作演示，

观测电路，

大家看到要需要接一个一百千欧的电阻

好将这个一百千欧的电阻

接到了集成运算放大器的反向输入端

那么，在这个一百千欧的电阻两端，

我们仍然需要接上一个

一μF的电容

即将一μF的电容并联在这个一百千欧的电阻两端

好，那么同时作为集成运算放大器的

反向输入信号

接下来再来看一下，

在集成运算放大器的反向输入端与输出端之间

我们仍然需要并联一个

一百千欧的电阻和0.01μF的电容

大家看一下，首先，

我们将一百千欧的电阻并联到输出与反向输入端

然后呢，

再找一个0.01微法的电容仍然并联在

这两端之间

接好电路

接下来那么跟前面的电路处理一样，

将集成运算放大器的同相输入端

接到了d

然后呢？输出端直接连接到

那么我们就完成了第五个

微分比例环节的电路接线，

那么接下来我们通过计算机

可观测该环节的波形输出

好，各位同学，那么接下来我们来看

实验一的最后一个电路及1.6所示的

比例积分环节模拟电路

那么，从图1.6所示的电路当中，

我们可以看出

在集成运放的反向输入端

与输出端之间并联的不再是单个的电阻或单个的电容，

而是一个电阻和一个电容相串联的电路

好，那么接下来请大家观看一下

第六个环节的

实物接线操作演示，那么仍然选择的是

作为数据的输入端

那么这个时候根据电路，我们知道，

仍然去接一个一百千欧的电阻

作为集成运算放大器的反向输入端的信号源

然后它的反向输入端与输出端之间

接的是一个一百千欧的电阻

与一个

一μF的电容相串联的电路

因此，我们先接一个一百千欧的电阻

然后在一百千欧的电阻在串联上一个一μF的电容，

再将此电容回到集成运算放大器的输出端

那么将输出端

在引回这个

那么最后记得要将同向输入端来接D

那么这个就是我们第六个实验的

这样一个实物操作演示

好，各位同学，那么这个就是我们图1.6所示的

电路实物接线图操作演示，

那么接下来我们通过计算机来观测实验波形即可

好，各位同学，实验一的课程到此结束，谢谢大家