自动控制理论实验指导书 修改版

道，可按下“CH1菜单”和“CH2菜单”按钮。按下“触发电平”下的“菜单”按钮，选CH1作为出发信号，选择直流耦合方式，触发方式选“下降沿触发”。按下“CH1菜单”按钮，将探头选项衰减设置成“10X”，按下“CH2菜单”按钮，将探头选项衰减设置成“10X”。输入信号选择R(t)=-1V，通过调节电位器Rf的值来改变开环增益K的大小，并观察系统的阶跃响应曲线，分别测出在三阶系统稳定、等幅振荡、不稳定时的Rf的值，最后画出三阶系统在三种状态下的阶跃响应曲线。

100k100kr(t)100kRf(0-1M)1uF0.1uF200k200k1uF200K-+51k-+-+200K200K-+-+c(t)100k图4－2

根据示波器显示的系统阶跃响应曲线分析系统的三个不同状态，将实验的测量结果填入表4-1并画出系统的阶跃响应曲线：

表4-1

测量值 Rf K

系统稳定 等幅振荡 系统不稳定 五、实验思考题

1、为什么在实验线路连接中要选择一个1:1的比例调节部分，能否把其省去，只用四个运放构成三阶系统？

2、为使系统能稳定地工作，开环增益是应该取小些还是取大些？

3、为什么此三阶系统和前一实验的二阶系统对阶跃输入信号的稳态误差都为

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零？

实验五 PID控制器的动态特性

一、实验目的

1、熟悉PI、PD和PID三种控制器的结构形式

2、通过实验，深入了解PI、PD和PID三种控制器的阶跃响应特性和相关参数对它们性能的影响

二、实验仪器

1、控制理论电子模拟实验箱一台。 2、双踪低频慢扫描示波器一台。 3、万用表一只。

三、实验原理

PI、PD和PID三种控制器是工业控制系统中应用广泛的有源校正装置。其中PD为超前校正装置，它适用于稳态性能已满足要求，而动态性能较差的场合。PI为滞后校正装置，它能改变系统的稳态性能。PID是一种滞后—超前校正装置，它兼有PI和PD两者的优点。 1、PD控制器

图5-1为PD控制器的电路图，它的传递函数为

G(s)??Kp(TDs?1)

其中Kp?R1/R2，TD?R1C1。

C1Ur-+R2Uc

R2UrC2-+R1R1Uc

图5-1 图5-2

2、PI控制器

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图5-2为PI控制器的电路图，它的传递函数为：

G(s)??R2C2s?1R11??2(1?)??Kp(1?)

R1C2sR1R2C2sTIs

其中Kp?R2/R1，TI?R2C2

3、PID控制器

图5-3为PID控制器的电路图，它的传函为：

G(s)??(?1s?1)(?2s?1)?????s11=?12[1??12]=?Kp(1??TDs)

TIsTI(?1??2)s?1??2TIs

其中?1?R1C1，?2?R2C2，TI?RC12。

C1UrR2C2-+

图5-3

R1Uc

四、实验内容

打开双踪示波器，打开数字存储示波器，按下“自动设置”按钮，如未显示通道，可按下“CH1菜单”和“CH2菜单”按钮。按下“触发电平”下的“菜单”按钮，选CH1作为出发信号，选择直流耦合方式，触发方式选“下降沿触发”。按下“CH1菜单”按钮，将探头选项衰减设置成“10X”，按下“CH2菜单”按钮，将探头选项衰减设置成“10X”。输入信号选择R(t)=-1V。

1、按照图5-1连接PD控制器的电路图，其中R1＝200k，R2＝100k，C1＝1u，观察示波器的波形，画出输出波形，并在图中反映出Kp，TD。

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2、按照图5-2连接PI控制器的电路图，其中R1＝100k，R2＝100k，C1＝1u，观察示波器的波形，画出输出波形，并在图中反映出Kp，TI。

3、按照图5-3连接PID控制器的电路图，其中R1＝200k，R2＝100k，C1＝1u，C2＝0.1u、观察示波器的波形，画出输出波形，并在图中反映出Kp，TI，TD。

五、实验思考题

1、分析参数对三种控制器有什么影响？

2、试说明PD和PI控制器有什么优缺点，各适用于什么场合？并说明PID控制器的优点。

3、为什么实验得到的PD和PID输出波形与它们的理想波形有很大的不同？

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