典型环节及其阶跃响应

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1、自动控制原理实验典型环节及其阶跃相应.1实验目的1.学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。2.学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。3.学习用Multisim、MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。.2实验原理典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强调典型环节的数学模型是对各种物理系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的是，在一定条件下，典型模型的确定能在一定程度上忠实地描述那些元、部件物理过程的本质特征。1.模拟典型环节是将运算放大器视为满足以下条件的理想放大

2、器：(1)输入阻抗为∞。流入运算放大器的电流为零，同时输出阻抗为零；(2)电压增益为∞：(3)通频带为∞：(4)输入与输出之间呈线性特性：2.实际模拟典型环节：(1)实际运算放大器输出幅值受其电源限制是非线性的，实际运算放大器是有惯性的。(2)对比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和振荡环节，只要控制了输入量的大小或是输入量施加的时间的长短(对于积分或比例积分环节)，不使其输出工作在工作期间内达到饱和值，则非线性因素对上述环节特性的影响可以避免．但对模拟比例微分环节和微分环节的影响则无法避免，其模拟输出只能达到有限的最高饱和值。(3)实际运放有

3、惯性，它对所有模拟惯性环节的暂态响应都有影响，但情况又有较大的不同。3.各典型环节的模拟电路及传递函数（1）比例环节的模拟电路如图.1所示，及传递函数为：.1比例环节的模拟电路2.惯性环节的模拟电路如图.2所示，及传递函数为：其中T=R2C图.2惯性环节的模拟电路3.积分环节的模拟电路如图.3所示，其传递函数为：其中T=RC.3积分环节的模拟电路4.微分环节的模拟电路如图.4所示，及传递函数为：其中T=R1C1uiuo.4微分环节的模拟电路5.比例＋微分环节的模拟电路如图.5所示，及传递函数为：其中.5比例＋微分环节的模拟6.比例+积分环节的模拟电路

4、如图.6所示，及传递函数为：其中.6比例+积分环节的模拟电路.3实验内容(1)分别画出比例、惯性、积分、微分、比例＋微分和比例＋积分的模拟电路图。(2)按下列各典型环节的传递函数，调节相应的模拟电路的参数，观察并记录其单位阶跃响应波形。①比例环节G1(S)=-1和G2(S)=-2②惯性环节G1(S)=-「1/(S+1)」和G2(S)=-「1/(0.5S+1)」③积分环节G1(S)=-(1/S)和G2(S)=-(1/（0.5S）④微分环节G1(S)=－0.5S和G2(S)=-S⑤比例微分环节G1(S)=-(2+S)和G2(S)=-(1+2S)⑥比例积分

5、环节（PI）G1（S）=-(1+1/S)和G2（S）=-「2（1+1/2S）」.4实验步骤1.测试系统与计算机的连接（1）启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。（2）测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。2.比例环节（1）连接被测量典型环节的模拟电路图.1。电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/Al输出，电路的输出C(S)接A／D、D/A卡的A/Dl输入。检查无误后接通电源。（2）在实验课题下拉菜单中选择实验一[典型环节及其阶跃响应]。（3）鼠标单击实验课题弹出实验课

6、题参数窗口。在参数设置窗口中设置相应的实验参数后鼠标点击确认，等待屏幕的显示区显示实验结果。（4）观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。（5）记录波形及数据(由实验报告确定)。3.惯性环节（1）连接被测量典型环节的模拟电路图.2。电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/Al输出，电路的输出C(S)接A／D、D/A卡的A/Dl输入。检查无误后接通电源。9.实验步骤同比例环节的（2）～（5）4.积分环节（1）连接被测量典型环节的模拟电路图.3。电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/Al输出，电路的输出C(S)接A／D、D/A卡的A/Dl输入。检查无

7、误后接通电源。（2）实验步骤同比例环节的（2）～（5）5.微分环节（1）连接被测量典型环节的模拟电路图.4。电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/Al输出，电路的输出C(S)接A／D、D/A卡的A/Dl输入。检查无误后接通电源。（2）实验步骤同比例环节的（2）～（5）6.比例＋微分环节（1）连接被测量典型环节的模拟电路图.4。电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/Al输出，电路的输出C(S)接A／D、D/A卡的A/Dl输入。检查无误后接通电源。（2）实验步骤同比例环节的（2）～（5）7.比例＋积分环节（1）连接被测量典型环节的模拟电路图.4。

8、电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/Al输出，电路的输出C(S)接A／D、D/A卡的A/Dl输入。检查