哈工大自动控制理论实验一、二

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1、实验一典型环节的时域响应一、实验目的1、掌握典型环节模拟电路的构成方法、传函及输出时域函数的表达式。2、掌握各典型环节的特征参数的测量方法。3、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。二、实验设备Pc机一台，TD-ACC+教学实验系统一套三、实验原理及内容1、比例环节1）结构框图图1-1比例环节的结构框图2）传递函数3）阶跃响应其中4）模拟电路图1-2比例环节的模拟电路图注：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100k电阻。不需再接。2、积分环节1）结构框图图1-3积分环节的结构框图2）传递函数3）阶跃响应其中4）模拟电路图1-4积分的模

2、拟电路图3、比例积分环节1）结构框图图1-5比例积分环节的结构框图2）传递函数3）阶跃响应其中；4）模拟电路图1-6比例积分环节的模拟电路图4、惯性环节1）结构框图图1-7惯性环节的结构框图2）传递函数C(S)R(S)=1TS+13）阶跃响应其中；4）模拟电路图1-8惯性环节的模拟电路图四、实验步骤1、按图1-2比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。2、将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”。将信号形式开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值小于5V，周期为10s左

3、右。3、将方波信号加至比例环节的输入端R（t），用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入R（t）端和输出C(t)端。记录实验波形及结果。4、用同样的方法分别得出积分环节、比例积分环节、惯性环节对阶跃信号的实际响应曲线。5、再将各环节实验参数改为如下：比例环节：，。积分环节：，；比例积分：，，；惯性环节：；。6、重复步骤3。五、实验结果1.比例环节（1）R0=200KΩ，R1=100KΩ由上述两图显示的数据可知，输入方波幅值Vin=4.205v，输出方波幅值Vout=1.949v实测放大倍数为：理论比例放大倍数为：可

4、见实际放大倍数与理论计算值基本一致。（2）R0=200KΩ，R1=50KΩ由表格数据可读出，输入方波幅值Vin=3.641v，输出方波幅值Vout=948.7mv实测放大倍数为：理论比例放大倍数为：可见实际放大倍数与理论计算值基本一致。2.积分环节（1）R0=200KΩ，C=1μ由波形图数据可以计算得到，当积分达到输入信号的幅值时，即Vout=Vin=4.256v时，积分时间为：理论计算值为：理论计算值与实测值出现较大偏差。（2）R0=200KΩ，C=2μ由波形图直接可以读出，此种情况下的积分时间为T’=398.4s理论计算值为。理

5、论计算值与实测值基本一致。3.比例积分环节（1）R0=200KΩ，R1=200KΩ，C=1μ由上述三表格可以得出，响应的初始值为Vout初=4.100v，由此可求得积分时间为由响应初值可计算得到K’：理论计算值如下：比较理论计算值和实际测量值，发现K值基本一致，T值出现较大误差。（2）R0=200KΩ，R1=110KΩ，C=2μ由两波形图，可以得到响应的初始值为Vout初=2.000v，由此可求得积分时间为由响应初值可计算得到K’：理论计算值如下：比较理论计算值和实际测量值，发现K值基本一致，而T值出现了较大误差。4.惯性环节（1）

6、R0=200KΩ，R1=200KΩ，C=1μ由波形图数据可以看出，响应的稳态幅值与输入方波一致，因此K’=1,响应上升到0.632倍稳态值时，对应的时间约为T’=195.3ms。理论计算值为：理论计算值与实测值基本一致。（2）R0=200KΩ，R1=200KΩ，C=2μ由波形图数据可以看出，响应的稳态幅值与输入方波一致，因此K’=1,响应上升到0.632倍稳态值时，对应的时间约为T’=195.3ms。理论计算值如下：理论计算值与实测值基本一致。五、思考题1、由运算放大器组成的各种环节的传递函数是在什么条件下推导出的？答：是在符合运算

7、放大器的工作条件，将运算放大器视为理想的运算放大器，由此推出的传递函数。2、实验电路中串联的后一个运放的作用？若没有则其传递函数有什么差别？答：最后一个运算放大器为反相放大器，起到一个反相的作用。因为信号从负输入端输入，若没有串联该反相器，则推导出来的传递函数应该在原有基础上加一个负号。3、惯性环节在什么条件下可以近似为比例环节？而在什么条件下可以近似为积分环节？答：由响应的函数表达式和数学知识，当时惯性环节可以近似为比例环节，而在时惯性环节可以近似为积分环节。六、实验反思与总结1.由于没有听清楚要求，第一次只进行了一组数据的实验测

8、量，导致后面全部重新接线和测量，花费了大量时间。同时，由于两次实验的输入方波幅值不一致，导致两次数据的差别较大，没有连贯性，不便于实验数据的比较。2.在积分环节和比例环节的实验过程中，虽然最后通过计算得到了积分时间和K值，但造成了较大