自控典型环节的电路模拟
实验报告
课程名称：自动控制原理
实验名称：典型环节的电路模拟一、实验目的
（1）熟悉THBDC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用。
（2）熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟。
（3）测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验仪器
（1）THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台。
（2）PC机一台(含上位机软件)、数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、采接卡接口线。
三、五种典型环节原理
自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组成。
1.比例（P ）环节
比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。它的实验电路与方框图分别如下：
由运算放大器的虚短、虚断原理：u +=u -，i +=i -=0，可得：I R1=I R2,
1UI R =2R UO (反相器改变了UO 的符号),U O =1
2
R R U I ,作为比例环节的传递函数与方框图如下： G(s)=
)()(S U S U i O =1
2
R R =K 当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图所示。
2.积分（I ）环节
积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的实验电路与方框图分别如下： （图中后一个单元为反相
器）
设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
3. 比例积分(PI)环节
比例积分环节的电路图与方框图分别为：
其中T=R 2C ，K=R 2/R 1
设U i (S)为一单位阶跃信号，下图示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
图1-4
4. 比例微分(PD)环节
比例微分环节的电路图与方框图分别为如下：
Ts
S U S U s G i O 1
)()()(=
=
)1
1(11)()()(21211212CS
R R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+=
=
)1()1()(11
2
CS R R R TS K s G +=
+= 其中C R T R R K D 112,/==
设U i (S)为一单位阶跃信号，下图示出了比例系数(K)为2、微分系数为T D 时PD 的输出响应曲线。
. 5. 惯性环节
惯性环节的电路图与方框图分别为：
当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为1、时间常数为T 时响应曲线如图所示。
1
)()()(+=
=
TS K
S U S U s G i
O
四、实验数据图及分析
1、比例环节（单位阶跃响应）
①当电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K 响
应
曲
线
如
下
：
此时K=
12R R =UI
UO =1,所以输入与输出曲线重合。 ②当电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=200K 响
应
曲
线
如
下
：
同理，此时，K=2 所以输出曲线是输入曲线的两倍。所以随着R1,R2比值的改变，比例系数K也在改变，但输出形式和输入一样，均为定值
2、积分（I）环节
①当电路中的参数取：R=100K，C=10Uf
响应曲线如下：
T=RC=100K ×10uF=1，G(S)=
Ts 1=s
1 令Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L ’[G(s)Ui(s)]=L ’(1.2S 1S
1
)=1.2t 所以上图曲线是以1.2为斜率的直线 ②当电路中的参数取：R=100K ，C=1Uf 响
应
曲
线
如
下：
T=RC=100K ×1uF=0.1，G(S)=
Ts 1=s
10 Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L ’[G(s)Ui(s)]=L ’(1.2
S 1S
10
)=12t 所以上图曲线是以12为斜率的直线,明显比实验①陡。
随着RC 的改变，积分时间常数改变，且积分时间常数越小，输出值线性变化的越快。当t=T 时，Uo=Ui 3. 比例积分(PI)环节
①当电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=10uF 响
应
曲
线
如
下
：
K= R 2/ R 1=1,T=R 1C=100K ×10uF=1 G(s)=1+S
1
Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L ’[G(s)Ui(s)]=L ’[1.2S 1)11
( S
]=1.2(t+1) 所以输出的曲线以1.2为斜率，且t=0时，Uo=1.2 ②当电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=1uF 响
应
曲
线
如
下
：
K= R 2/ R 1=1,T=R 1C=100K ×1uF=0.1 G(s)=1+
S
10
Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L ’[G(s)Ui(s)]=L ’[1.2S 1)110
(
S
]=12t+1.2 所以输出的曲线以12为斜率，且t=0时，Uo=1.2
随着R1,R2,C 的改变，比例系数和积分时间常数均在改变，输出曲线即在输入值比例放大后的的基础上，在积分调节的作用下线性增加，且同样积分时间常数越小，增加的越快。 4. 比例微分(PD)环节
①当电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=10uF 响
应
曲
线
如
下
：
K= R 2/ R 1=1,T=R 1C=100K ×10uF=1S G(s)=1+S
Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L ’[G(s)Ui(s)]=L ’[1.2S 1
(S+1)]=?
??>=∝+)0(2.1)0(t t
所以，一开始输出值达到顶点，然后又回到1.2 ②当电路中的参数取：R 1=200K ，R 2=100K ，C=10uF 响
应
曲
线
如
下
：
K= R 2/ R 1=0.5,T=R 1C=200K ×10uF=2s G(s)=0.5(1+2s) Ui(t)=1.2
（
t>0）
，
Uo(t)=L ’[G(s)Ui(s)]=L ’[1.2S
1· 0.5(2S+1)]=??
?>=∝+)
0(6.0)
0(t t
所以，一开始输出值达到顶点，然后又变成输入值的一半0.6 随着R1,R2,C 的改变，比例系数和微分时间常数会改变。对于微分
调节，在输入信号的瞬间，
dt dui
达到正无穷，输出值Uo 达到最大值，但在以后，Ui 为定值，dt
dui
=0，又在比例调节的作用下，输出
值为输入值的K 倍。 5.惯性环节
①当电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=10uF
响应曲线如下：
K= R 2/ R 1=1,T=R 2C=100K ×10uF=1 G(s)=
S
+11
Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L ’[G(s)Ui(s)]=L ’[1.2
S 1S
+11
]=1.2(1-e -t ) 该输出值是一个单调增，且以1.2为渐进线的曲线，当t 达到正无穷的时候输出值接近平衡值1.2.
②当电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=200K ，C=10uF 响
应
曲
线
如
下
：
K= R 2/ R 1=2,T=R 2C=200K ×10uF=2 G(s)=
S
212
+ Ui(t)=1.2（t>0），Uo(t)=L ’[G(s)Ui(s)]=L ’[1.2
S 1S
212
+]=2.4(1-e -1/2t )
该输出值是一个单调增，且以2.4为渐进线的曲线，当t 达到正无穷的时候输出值接近平衡值2.4.
随着R1,R2,C 的变化，惯性环节的时间常数，以及比例系数均发生变化。其按指数规律趋近平衡，Uo(t)的速度越来越，等到t =∞才能达到平衡值。但是t=3T~4T 时，Uo 已接近平衡，此时Uo=0.95~0.98Uo(∞)。因此，T 的值反映出惯性环节的大小。当t=T 时，Uo 为最后平衡值的63.2%
五、实验总结及思考题
①用运放模拟典型环节时，其传递函数是在什么假设条件下近似导出的？
以上五种典型环节电路的传递函数均是在放大电路虚短，虚断（u +=u -，i +=i -=0）的假设条件下近似导出的。
②积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下，惯性环节可以近似地视为积分环节？而又在什么条件下，惯性环节可以近似地视为比例环节？
积分环节输出的是线性直线，惯性环节输出的是指数形式的曲线。而在惯性环节的电路图中，当R2很大时，惯性环节的传递函数G(S)=
11R 122+CS R R =
1
1
R 2
1
1R CS +
=
CS
R 11
(R1→∞)所以此时惯性环节可视为积分环节。当C 很小时，惯性环节G(S)=11R 122+CS R R = 1
2
R R (C →0)，
此时惯性环节可视为比例环节。
③在积分环节和惯性环节实验中，如何根据单位阶跃响应曲线的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？
在积分环节实验中，当Uo(t)=Ui 时，t=T 为积分时间常数。在惯性环节实验中，当Uo(t)=63.2%U (∞)时，t=T 为惯性环节时间常数。
④为什么实验中实际曲线与理论曲线有一定误差？
在实验中，由于输入信号时人的操作存在时间间隙，使输出的曲线与理论曲线有一定的误差。
⑤为什么PD 实验在稳定状态时曲线有小范围的振荡？
对于比例微分（PD ）调节，由于微分作用对偏差的反应过于灵敏，只要存在偏差e 和干扰，都会使调节过程最后阶段不容易平衡，而且
由于直接作用到调节器的各种干扰而使执行器可能大幅度反复动作。
)1
1(1121211212CS
R R R CS R R R CS R CS R +=+=+
过程控制系统习题解答
《过程控制系统》习题解答 1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。 答：第一个阶段50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点： 1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表 2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统 3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数 4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响 5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题 第二个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点： 1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统 2、计算机系统开始运用于过程控制 3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制） 4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用 第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点： 1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制 2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用 3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用 4、集散控制系统的广泛应用 第四个阶段80年代以后：飞跃的发展，其特点： 1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展 2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心 3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？ 过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。 一、连续生产过程的自动控制 连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。 二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。 三、被控过程是多种多样的、非电量的 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。 四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制 因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。
自动控制实验一典型环节及其阶跃响应分析
广东工业大学实验报告 分数：实验题目典型环节及其阶跃响应分析 一、实验目的 1、掌握控制模拟实验的基本原理和一般办法。 2、掌握控制系统时域性指标的测量方法。 二、实验原理 1.模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来来模拟各种典型环节，即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，还可以进一步分析参数对系统性能的影响。 三、实验仪器 1、EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2、计算机一台 四、实验内容 1、比例环节 比例环节的模拟电路及其传递函数如下 当R2=200K时，其输出波形如下图：
由上图可得，实际K=2449/1029=2.37 理论值K=2 误差：y=|k`- k|/ k *100% =|2.37-2|/2*100% =18.5% 当R2=400K时，其输出波形如下图： 由上图可得，实际K=4389/1029=4.27 理论值K=4 误差：y=|k`- k|/ k *100% =|4.27-4|/4*100% =6.75% 数据分析：从图中可以看出，比例环节最大的特点就是时间响应快，一旦有输入信号，输出立即响应。且实际K存在一定误差，分析电路可知，误差是由R1、R2的实际值存在偏差而导致的，同时和放大器的结构参数也有关系。 2、惯性环节
惯性环节的模拟电路及其传递函数如下 G(S)=-K/TS+1 K=R2/R1 T=R2C 当C=1uF 时，其输出波形如下图： 由上图可得，实际T=0.076s 理论值T=0.1s 误差：η1=|T`- T|/ T *100% =|0.076-0.1|/0.1*100% =24% 当C=2uF 时，其输出波形如下图：
典型环节地模拟研究实验报告材料
第三章 自动控制原理实验 3.1 线性系统的时域分析 3.1.1典型环节的模拟研究 一. 实验目的 1． 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达 式 2． 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的 影响 二．典型环节的结构图及传递函数 方 框 图 传递函数 比例 （P ） K (S) U (S) U (S)G i O == 积分 （I ） TS 1(S)U (S)U (S)G i O == 比例积分 （PI ） )TS 11(K (S)U (S)U (S)G i O +== 比例微分 （PD ） )TS 1(K (S) U (S) U (S)G i O +== 惯性环节 （T ） TS 1K (S)U (S)U (S)G i O += = 比例积分微分（PID ） S T K S T K K (S)U (S)U (S)G d p i p p i O ++ == 三．实验容及步骤 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。 改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告 运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。
1)．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。 图3-1-1 典型比例环节模拟电路 传递函数：0 1(S) (S)(S)R R K K U U G i O = == ； 单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！ （1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）； 该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。 ① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。 ② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。 ③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V （D1单元右显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。 （b ）测孔联线 （3）运行、观察、记录： 打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），观测A5B 输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ）见图3-1-2。示波器的截图详见虚 拟示波器的使用。 图3-1-2 比例环节阶跃响应曲线图 图3-1-3 惯性环节阶跃响应曲 线 实验报告要求：按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。
1 典型环节的电路模拟
实验报告 课程名称： 控制理论（乙） 指导老师： 韦巍老师的助教 成绩：_________________ 实验名称： 典型环节的电路模拟 实验类型： 控制理论实验 同组学生姓名： 无 第一次课 典型环节的电路模拟 一、实验目的 1.1熟悉THBDC-2型实验平台及“THBDC-2”软件的使用； 1.2熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟； 1.3测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。 二、实验内容 2.1设计并组建各典型环节的模拟电路； 2.2测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。 三、实验原理 自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。 本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图如图3-1所 示。图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。 图3-1 3.1 积分环节 积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为： 设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图3-2所示。 图3-2 3.2比例积分(PI)环节 比例积分环节的传递函数与方框图分别为： )11(11)()()(21211212CS R R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+== 其中T=R 2C ，K=R 2/R 1 设U i (S)为一单位阶跃信号，图3-3示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。 图 3-3 Ts S U S U s G i O 1 )()()(= =
过程控制系统习题答案
什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电 桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。
自控典型环节
控制系统的典型环节 控制系统的典型环节 自动控制系统是由不同功能的元件构成的。从物理结构上看，控制系统的类型很多，相互之间差别很大，似乎没有共同之处。在对控制系统进行分析研究时，我们更强调系统的动态特性。具有相同动态特性或者说具有相同传递函数的所有不同物理结构，不同工作原理的元器件，我们都认为是同一环节。所以，环节是按动态特性对控制系统各部分进行分类的。应用环节的概念，从物理结构上千差万别的控制系统中，我们就发现，他们都是有为数不多的某些环节组成的。这些环节成为典型环节或基本环节。经典控制理论中，常见的典型环节有以下六种。 比例环节 比例环节是最常见、最简单的一种环节。 比例环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)之间满足下列关系 比例环节的传递函数为 式中K为放大系数或增益。 杠杆、齿轮变速器、电子放大器等在一定条件下都可以看作比例环节。 例10 图是一个集成运算放大电路，输入电压为，输出电压为，为输入电阻，为反馈电阻。我们现在求取这个电路的传递函数。 解从电子线路的知识我们知道这是一个比例环节，其输入电压与输出电压的关系是
按传递函数的定义，可以得到 式中，可见这是一个比例环节。如果我们给比例环节输入一个阶跃信号，他的输出同样也是一个阶跃信号。阶跃信号是这样一种函数 式中为常量。当时，称阶跃信号为单位阶跃信号。阶跃输入下比例环节的输出如图所示。比例环节将原信号放大了K倍。 图比例器
图比例环节的阶跃响应 （a）阶跃输入；（b）阶跃输出 惯性环节 惯性环节的输入变量X(t)与输出变量Y(t)之间的关系用下面的一阶微分方程描述 惯性环节的传递函数为 式中，T称为惯性环节的时间常数，K称为惯性环节的放大系数。 惯性环节是具有代表性的一类环节。许多实际的被控对象或控制元件，都可以表示成或近似表示成惯性环节。如我们前面举过的液位系统、热力系统、热电偶等例子，它们的传递函数都具有（）式的形式。都属惯性环节。 当惯性环节的输入为单位阶跃函数是，其输出y(t)如图所示。
典型环节的模拟研究自动控制实验报告
实验报告 实验课程：自动控制理论 学生： 学号： 专业班级：
2013年 12 月 20日 大学实验报告 学生：学号：专业班级： 实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩： 典型环节的模拟研究 一、实验要求： 1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响 二、主要仪器设备及耗材： 1．计算机一台（Windows XP操作系统） 2．AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套 3．LabACT6_08软件一套 三、实验容和步骤： 选用虚拟示波器，只要运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1)．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。 图3-1-1 典型比例环节模拟电路 实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！ （1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）： B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0/+5V阶跃）。阶跃信号输出（B1的Y测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。 （a）安置短路套（b）测孔联线
实验一 典型环节的电路模拟与数字仿真实验
实验一典型环节的电路模拟与数字仿真实验 一实验目的 通过实验熟悉各种典型环节传递函数及其特性，掌握电路模拟和数字仿真研究方法。 二实验内容 1.设计各种典型环节的模拟电路。 2.编制获得各种典型环节阶跃特性的数字仿真程序。 3.完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。 4.运行所编制的程序，完成典型环节阶跃特性的数字仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。 三实验步骤 1.熟悉实验设备，设计并连接各种典型环节的模拟电路； 2.利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响； 3.用MATLAB编写计算各典型环节阶跃特性的数字仿真研究，并与电路模拟测试结果作比较。分析实验结果，完成实验报告。 四实验结果 1.积分环节模拟电路、阶跃响应
仿真结果： 2.比例积分环节模拟电路、阶跃响应 仿真结果：
3.比例微分环节模拟电路、阶跃响应 仿真结果： 4.惯性环节模拟电路、阶跃响应
仿真结果： 5.实验结果分析： 积分环节的传递函数为G=1/Ts(T为积分时间常数)，惯性环节的传递函数为G=1/(Ts+1)（T为惯性环节时间常数）。 当时间常数T趋近于无穷小，惯性环节可视为比例环节， 当时间常数T趋近于无穷大，惯性环节可视为积分环节。
实验二典型系统动态性能和稳定性分析的电路模拟与数 字仿真研究 一实验目的 1.学习和掌握动态性能指标的测试方法。 2.研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。 二实验内容 1.观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。 三实验步骤 1.熟悉实验设备，设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路； 2.利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间； 3.二阶系统模拟电路的参数观测参数对系统的动态性能的影响； 4.分析结果，完成实验报告。 四实验结果 典型二阶系统 仿真结果：1）过阻尼
实验一--典型环节的电路模拟
自动控制原理实验报告 院（系）：能源与环境学院 专业：热能与动力工程 姓名：周宇盛学号： 03010130 同组人员：王琪耀马晓飞 实验时间： 2012 年 10 月 23 日 实验名称：典型环节的电路模拟
一、实验目的 1. 熟悉THBDC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用； 2. 熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟； 3. 测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。 二、实验设备 1. THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台； 2. PC机一台(含上位机软件)、数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、采接卡接口线； 三、实验内容 1. 设计并组建各典型环节的模拟电路； 2. 测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；
一、各典型环节电路图 1. 比例（P ）环节 根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。 图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。 若比例系数K=1时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K 。 若比例系数K=2时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=200K 。 2. 积分（I ）环节 根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。 图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。 若积分时间常数T=1S 时，电路中的参数取：R=100K ，C=10uF(T=RC=100K ×10uF=1)； 若积分时间常数T=时，电路中的参数取：R=100K ，C=1uF(T=RC=100K ×1uF=； 3. 比例积分(PI)环节 根据比例积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。 图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。 若取比例系数K=1、积分时间常数T=1S 时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=10uF(K= R 2/ R 1=1,T=R 1C=100K ×10uF=1)； 若取比例系数K=1、积分时间常数T=时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=1uF(K= R 2/ R 1=1,T=R 1C=100K ×1uF=。 -+ + R 1 R 2u i -+ + R 0 R 0 u o -+ + R C u i -+ + R 0 R 0 u o
过程控制系统试题答案
过程控制系统试题答案 一. 填空 (22分.每个空格 1分) 1.（一）；（若干） 2.1).单冲量;2). 双冲量；3). 三冲量 3.对象；线性阀；对数阀（等百分比）；快开阀；抛物线。 4.受控变量（被控变量）；偏差；扰动（干扰）；开环；安全保护（软限）；危险 5.串级；减少；频率。 二.回答下列各问 (20分) 1.一器多阀与分程自控系统有什么区别？ (4分) 答：一器多阀是调节器输出控制多个调节阀，但每个调节阀都工作在调节器输出信号的全范围内，即阀由全开到全关信号从0.2~1.0kgf/cm），而分程控制系统调节阀都各自工作在调节器输出信号的某一范围内（如0.2~0.6kgf/cm）完成全开到全关（或反之）。 2.往复泵进行负荷控制时，调节阀为什么不能安装在泵的出口管线上？ (2分) 答：因为往复泵的压头与流量无关，即往复泵输出流量是固定不便的。因此，往复泵出口安装调节阀会造成往复泵憋压，损坏往复泵。 3.串级．前馈．均匀及比值控制系统引入的目是什么? (4分) 答：串级控制系统引入主要是为了提高控制系统质量，去解决对主变量影响较大，可测可控的主要干扰变量，或对象容量滞后较大情况引入的。前馈控制系统也是为提高控制系统质量，不同点是解决对那些可测不可控的主要干扰变量；均匀控制系统解决前后设备供求矛盾为工艺目的服务的。 4.设计一个自控系统一般包括哪些内容? (3分) 答：1）选择受控变量；2）选择操纵变量；3）选择调节阀特性 4）测量变送元件；5）调节器的控制规律；6）控制系统投运及参数整定。 5.自动控制系统投运时为什么作到无扰动切换? 如何作到无扰动切换(4分) 答：为防止因切换造成人为干扰，使系统变成不稳定。因此，必须作到无扰动切换。 即切换过程中使控制器输出保证不便。因此，切换时应使测量等于给定值，使偏差为零，这样切换时，保证控制器输出保证不便。即保证阀位不便，对系统无扰动。当然切换时应平稳、迅速。 6.什么是可控性?它的引入是解决什么问题?用什么参数表征? (3分) 答：可控性就是指对过程进行控制的难易程度。它的引入主要解决： 1）操纵变量的选择2）控制方案的比较、改进；用Kmax*WC表示。 三.分析下列自控系统设计是否正确并简述理由.(8分.每题 2分) 1）答：正确。因为流量检测点安装在.压缩机出口管线上，是.压缩机负荷控制。 2）答：不正确。因为大量不凝性气体，不能通过改变泠凝率使大部分气体泠凝。 3）答：正确。因为工艺介质温度低，阀安装在蒸汽管道上易造成系统波动，不稳定。 4）答：正确。由于热载体温差大于冷流体温差，调节系统灵敏，节省载热体。 四.确定下列各自控制系统中调节阀的开/闭形式,调节器的正/反作用,?加法器的符号及选择器的功能..(10分)
控制系统的典型环节
关于我们控制理论教学制冷机仿真热工设备仿真论坛博客联系我们 主页 习题演练控制系统实验控制理论教程学生作业档案教师办公室典型作业展示常见问题 第一章自动控制的基本概念 第二章控制系统的数学描述 第三章控制系统的时域分析 第四章控制系统的频域分析 第五章过程控制 2.3 控制系统的典型环节 2.3 控制系统的典型环节 自动控制系统是由不同功能的元件构成的。从物理结构上看，控制系统的类型很多，相互之间差别很大，似乎没有共同之处。在对控制系统进行分析研究时，我们更强调系统的动态特性。具有相同动态特性或者说具有相同传递函数的所有不同物理结构，不同工作原理的元器件，我们都认为是同一环节。所以，环节是按动态特性对控制系统各部分进行分类的。应用环节的概念，从物理结构上千差万别的控制系统中，我们就发现，他们都是有为数不多的某些环节组成的。这些环节成为典型环节或基本环节。经典控制理论中，常见的典型环节有以下六种。 2.3.1 比例环节 比例环节是最常见、最简单的一种环节。 比例环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)之间满足下列关系 (2.24) 比例环节的传递函数为
(2.25) 式中K为放大系数或增益。 杠杆、齿轮变速器、电子放大器等在一定条件下都可以看作比例环节。 例10 图2.10 是一个集成运算放大电路，输入电压为，输出电压为，为输入电阻， 为反馈电阻。我们现在求取这个电路的传递函数。 解从电子线路的知识我们知道这是一个比例环节，其输入电压与输出电压的关系是 (2.26) 按传递函数的定义，可以得到 (2.27) 式中，可见这是一个比例环节。如果我们给比例环节输入一个阶跃信号，他的输出同样也是一个阶跃信号。阶跃信号是这样一种函数 (2.28) 式中为常量。当时，称阶跃信号为单位阶跃信号。阶跃输入下比例环节的输出如图2.11 所示。比例环节将原信号放大了K倍。
实验报告1--典型环节的模拟研究
南昌大学实验报告 学生姓名：梁志甲学号：6101113153 专业班级：电气134 实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩： 一、实验项目名称：典型环节的模拟研究 二、实验要求 1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响三、主要仪器设备及耗材 1．计算机一台（Windows XP操作系统） 2．AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套 3．LabACT6_08软件一套 四、实验内容和步骤 1)．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。 图3-1-1 典型比例环节模拟电路 实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！ （1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）：B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0/+5V阶跃）。阶跃信号输出（B1的Y测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。 （a）安置短路套（b）测孔联线 （3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。时间量程选‘×1’档） ①打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V阶跃），
用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ）。 ② 改变比例系数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R 1），重新观测结果，填入实验报告。 2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线 典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。 图3-1-4 典型惯性环节模拟电路 实验步骤： 注：‘S ST’不能用“短路套”短接！ （1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’ 和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui ）： B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND ），右边K4开关拨下（0/+5V 阶跃）。阶跃信号输出（B1的Y 测孔）调整为4V （调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y 测孔）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及测孔联线，表如下。 （b ）测孔联线 （1’档） ① 打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6输出端（Uo ），按下信号发生器（B1） 阶跃信号按钮时（0→+4V 阶跃），等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到4V （输入）×0.632处，，得到与惯性的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T 。A6输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ）。 ② 改变时间常数及比例系数（分别改变运算模拟单元 A1的反馈电阻R1和反馈电容C ），重 新观测结果，填入实验报告。 3)．观察积分环节的阶跃响应曲线 典型积分环节模拟电路如图3-1-5所示。 图3-1-5 典型积分环节模拟电路 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！ （1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），代替信号发生
典型环节的电路模拟
典型环节的电路模拟
装 订 线实验报告 课程名称：_________控制理论（甲）实验_______指导老师：_____ ____成绩：__________________ 实验名称：_________典型环节的电路模拟______实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 二、实验原理 三、实验接线图 四、实验设备 五、实验步骤 六、实验数据记录 七 、 实 验 数 据 分 析 八、实验结果或结论 一、实验目的 1．熟悉THBDC-2型 控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-2”软件的使用； 2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟； 3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。 二、实验原理 自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。要对系统的设计和分析，必须熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应。 本实验中的典型环节都是以运放 专业： __
P ．3 实验名称： 典型环节的电路模拟 姓名： 装 订 线为核心元件构成，原理图如左图 图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。 1. 积分环节（I ） 积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为： 设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系 数为T 时的响应曲线如右图所示。 2. 比例微分环节（PD ） 比例微分环节的传递函数与方框图分 别为： )1()1()(1 1 2 CS R R R TS K s G +=+= 其中C R T R R K D 1 12,/== 设U i (S)为一单位阶跃信号，右图示出了比例系数(K)为2、微分系数为T D 时PD 的输出响应曲线。 Ts S U S U s G i O 1 )()()(= =
过程控制系统
《控制系统》课程设计课题：加热炉温度控制系统 系别：电气与电子工程系 专业：自动化 姓名： 学号：1214061（44、32、11） 指导教师 河南城建学院 2010年12月29日
成绩评定· 一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。 二、评分（按下表要求评定） 评分项目 设计报告评分答辩评分平时表现评分 合计 （100分）任务完成 情况 （20分） 课程设计 报告质量 （40分） 表达情况 （10分） 回答问题 情况 （10分） 工作态度与 纪律 （10分） 独立工作 能力 （10分） 得分 课程设计成绩评定 班级姓名学号 成绩：分（折合等级） 指导教师签字年月日
一、设计目的： 通过对一个使用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求： 设计一个加热炉温度控制系统，确定系统设计方案，画出系统框图，完成元器件的选择和调节器参数整定。 三、总体设计： 1．控制系统的设计思想 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 2 .加热炉控制系统原理 加热炉控制系统以炉内温度为主被控对象，燃料油流量为副被控对象的串级控制系统。该控制系统的副回路由燃料油流量控制回路组成，因此，当扰动来自燃料油上游侧的压力波动时，因扰动进入副回路，所以，能迅速克服该扰动的影响。 由于炉内温度的控制不是单一因素所能实现的，所以，还要对空气的流量进行控制。空气的控制直接影响炉内燃烧的状况，不仅影响炉温，还直接影响了能源的利用率和环境的污染。所以，对空气的控制很有必要，其原理和燃料控制相同。
自控实验 典型环节频率特性的测试
实验三 典型环节频率特性的测试 一、实验目的 1. 掌握典型环节频率特性曲线的测试方法。 2. 根据实验求得的频率特性曲线求取传递函数。 二、实验设备：TKKL-1实验箱一台，超低频示波器一台。 三、实验内容 1. 惯性环节的频率特性测试。 2. 由实验测得的频率特性曲线求传递函数。 四、实验原理 1. 系统的频率特性 一个稳定的线性系统，在正弦信号作用下，它的稳态输出是与输入信号同频率的正弦信号，振幅与相位一般与输入信号不同。测取不同频率下系统的输出、输入信号的幅值比和相位差，即可求得这个系统的幅频特性和相频特性。设输入信号t X t x m ωωsin )(=，则输出信号为)sin()()sin()(?ωω?ωω+=+=t j G Xm t Y t y m 。 幅频特性 Xm Ym j G =)(ω， 相频特性 )()(ω?ω=∠j G 2. 频率特性测试——李沙育图形法 将)(t x ω、)(t y ω分别输入示波器的X 、Y 轴，可得如下李沙育图形如图5-1。 ①幅频特性测试： 由 m m m m X Y X Y j G 22)(== ω，有 m m X Y A L 22lg 20)(lg 20)(==ωω（dB ） 改变输入信号的频率，即可测出相应的幅值比，测试原理示意图如图5-2。 . 图5-1 李沙育图形 图5-2 幅频特性测试图 ②相频特性测试： ?? ?+==)sin()(sin )(?ωωωωt Y t y t X t x m m ， 当0=t ω时，???==? sin )0(0 )0(m Y y x
有m m Y y Y y 2) 0(2sin )0(sin )(1 1 --==ω? 其中，)0(2y 为椭圆与Y 轴相交点间的长度， 上式适用于椭圆的长轴在一、三象限；当椭圆的 长轴在二、四象限时相位?的计算公式变为 图5-3相频特性测试图(李沙育法) 相频特性记录表 3. 惯性环节：电路如图5-4，传递函数为 1 02.01 1)()()(+= +== s Ts K s u s u s G i o 假设取C=0.1uF ，R 1=100K ，R 2=200K ， 则系统的转折频率为T f T π2/1==7.96Hz 。 图5-4惯性环节测试电路 (C R T 2=) 五、实验步骤 1．在实验箱上搭建惯性环节电路如图5-4，并接入比例环节。输入信号源，电路和信号源输出接示波器。在不致输出饱和的情况下，输入信号尽量大一些，测试输入信号的幅度（用2Xm 表示）。测试时将示波器扫描和幅值衰减档置校准位置，读出格数再转化为电压，此后，应不再改变输入信号的幅度。为读数方便，在读2Xm 、2Ym 时，可将示波器X 轴增益调到0，使光点在荧光屏上只作垂直运动。 2．调节函数信号发生器使频率由低到高（1～15Hz ）变化，测量对应的)0(2y 、2Xm 、2Ym ，数据填入表格，在转折频率附近可以多测量几点。 3．由]2/)0(2[sin ]/)0([sin )(11m m Y y Y y --==ω?绘制对数相频特性曲线。 4．根据)2/2lg(20)(m m X Y L =ω绘制对数幅频特性曲线。 5．将绘制后的波特图与准确的波特图进行对比，分析误差原因。 六、实验报告要求 1. 写出被测环节的传递函数，画出相应的模拟电路图。 2. 把实验数据和计算数据填入表格，记录李沙育图形形状和光点运动方向。 3．绘制被测环节的幅频、相频Bode 图，分析实测Bode 图产生的误差。 七、思考题： 1. 在实验中如何确定转折角频率？ 2. 用示波器测试相频特性时，若把信号发生器的正弦信号送入Y 轴，系统输出信号送至X 轴，李沙育图形会怎样变化？ m Y y 2) 0(2sin 180)(1 0--=ω?
实验1-典型环节的模拟研究
实验一 典型环节的模拟研究 一．实验目的 1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握自动控制综合实验台的使用方法。 2．了解并掌握各典型环节的传递函数及其特性，观察和分析各典型环节的响应曲线，掌握电路模拟研究方法。 二．实验内容 1．搭建各种典型环节的模拟电路，观测并记录各种典型环节的阶跃响应曲线。 2．调节模拟电路参数，研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。 三．实验步骤 在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器。 1．观察比例环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、示波器、实验电路A1、实验电路A2。 注： a.掌握示波器的使用、标定和测量。 b.搭建阶跃信号的电路，用示波器观察波形。 c.了解运算放大器的引脚定义。 典型比例环节模拟电路如图1-1-1所示，比例环节的传递函数为： 0() () i U s K U s 图1-1-1典型比例环节模拟电路 实验步骤： （1） 设置阶跃信号源： A ．将阶跃信号区的“0～1V ”端子与实验电路A1的“Ui ”端子相连接 B ．按压阶跃信号开关按钮就可以在“0～1V ”端子产生阶跃信号。 C. 用示波器通道CH2观察。 （2） 搭建典型比例环节模拟电路： A ．将实验电路A1的“OUT1”端子与实验电路A2的“IN ”端子相连接； B ．按照图1-1-1拨动阶跃信号开关按钮： （3） 连接示波器： 将实验电路A2的“Uo ”与示波器通道CH1相连接。 （4） 输入阶跃信号，通过示波器观测输出阶跃响应曲线并进行记录。
2．观察积分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、示波器、实验电路A1、实验电路A2。 典型积分环节模拟电路如图1-1-2所示，积分环节的传递函数为： 0()1 ()i U s U s TS = 图1-1-2典型积分环节模拟电路 同上1实验步骤 3．观察比例积分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、示波器、实验电路A3、实验电路A5。 典型比例积分环节模拟电路如图1-1-3所示，比例积分环节的传递函数为： 0()1 ()i U s K U s TS =+ 图1-1-3典型比例积分环节模拟电路 同上1实验步骤 4．观察微分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、示波器、实验电路A1、实验电路A2。 典型微分环节模拟电路如图1-1-4所示，微分环节的传递函数为： 0() () i U s TS U s =
实验一 控制系统典型环节的模拟实验
实验一控制系统典型环节的模拟实验 一、实验目的 1、掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。 2、测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。 二、实验内容 1、对表一所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路(参见表二)
2、测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。 3、改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。 三、实验内容及步骤 1、观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。 ①准备：使运放处于工作状态。 将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态。 ②阶跃信号的产生： 电路可采用图1-1所示电路，它由“阶跃信号单元”（U3）及“给定单元”（U4）组成。 具体线路形成：在U3单元中，将H1与+5V端用1号实验导线连接，H2端用1号实验导线接至U4单元的X端；在U4单元中，将Z端和GND端用1号实验导线连接，最后由插座的Y 端输出信号。 以后实验若再用阶跃信号时，方法同上，不再赘述。 实验步骤： ①按表二中的各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。(PID先不接) ②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示
波器。 ③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果。 ④同理得积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线参见表三。 2、观察PID环节的响应曲线。 实验步骤： ①将U1单元的周期性方波信号(U1 单元的ST端改为与S端用短路块短接，S11波段开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压，信号周期由波段开关S11和电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。以信号幅值小、信号周期较长比较适宜)。 ②参照表二中的PID模拟电路图，按相关参数要求将PID电路连接好。 ③将①中产生的周期性方波信号加到PID环节的输入端（U i），用示波器观测PID输出端(Uo)，改变电路参数，重新观察并记录。 四、实验思考题： 1、为什么PI和PID在阶跃信号作用下，输出的终值为一常量？ 2、为什么PD和PID在单位阶跃信号作用下，在t=0时的输出为一有限值？
典型环节的模拟研究报告实验报告
第三章自动控制原理实验 3.1线性系统的时域分析 3.1.1典型环节的模拟研究 .实验目的 1. 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 2. 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响 .典型环节的结构图及传递函数 三.实验内容及步骤 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影 响.。 改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验 报告 运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟 示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。
——0 dtnn 传递函数: 模块号跨接座号 1A5S4, S12 2B5‘ S-ST' 1信号输入（Ui）B5 (OUT T A5 ( H1) 2示波器联接A6 (OUT T B3 ( CH1) 3X 1档B5 (OUT T B3 (CH2) +4V 阶 1）.观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。 图3-1-1 典型比例环节模拟电路 单位阶跃响应：U（t）=K R o 实验步骤：注：‘ S ST'用短路套短接! （1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT,作为系统的信号输入（Ui）; 该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。 ①在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中’矩形波’（矩形波指示灯亮）。 ②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度〉1秒（D1单元左 显示）。 ③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=4V （D1单元右显示） （2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。 跃）,观测A5B输出端（Uo）的实际响应曲线Uo （t ）见图3-1-2。示波器的截图详见虚拟示 波器的使用。 实验报告要求：按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。 R0 R1 输入Ui 比例系数K 计算值测量值 200K 100K 4V 0.5 0.51 200K 4V 1 1.02 同期住矩爪谀信号 B5 OUT 一 ?C0K （a）安置短路套 （3）运行、观察、记录: 打开虚拟示波器的界面，点击 （b）测孔联线 开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮