典型环节的时域响应实验报告
报告模版-实验二-典型环节的时域分析和频域分析
实 验 报 告
学号： 姓名： 成绩：
一、 实验名称：典型环节的时域分析和频域分析
二、 实验目的：
(1) 了解、掌握matlab 模拟典型环节的基本方法，包括：比例环节、积分环节、一阶微分环节、惯性环节和振荡环节等。
(2) 熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线和频域响应曲线 (3) 了解参数变化对动态特性的影响
三、 实验要求：
(1) 一人一机，独立完成实验内容 。
(2) 根据实验结果完成实验报告，并用A4纸打印后上交。
四、 时间： 五、 地点：
实验报告：
一、比例环节的时域分析和频域分析 比例环节的传递函数：()G s k
二、积分环节的时域分析和频域分析
积分环节的传递函数：1()G s s = (1) 当k=1:3:10时，绘制系统()k
G s =的阶跃响应曲线，分析曲线特点。
三、一阶微分环节的时域分析和频域分析
一阶微分环节的传递函数：
四、惯性环节的时域分析和频域分析
惯性环节的传递函数：
五、典型二阶系统的时域分析和频域分析
典型二阶系统的传递函数：
关键参数：阻尼比ζ，和自然频率ωn
值对曲线的影响。
典型环节的时域响应
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，传递函数及输出时域函数的表达式 2熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
3、了解各项参数变化对典型环节动态响应的影响。
二、 实验仪器设备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R( s) ----------- ► K ------------------- ► C( s )图1-1比例环节的结构框图2) 传递函数R(s)3) 阶跃响应C(t)二 K (t_0)其中 K = R 1/R 04) 模拟电路图1-2比例环节的模拟电路图2、积分环节1) 结构框图R( s) ----------- ► 1/Ts ----------------- ► C( s )R0=200~I 1R1=100K10K图1-3 积分环节的结构框图3、比例积分环节1）结构框图2）传递函数3) 阶跃响应1 C(t)二K + _tT4）模拟电路2）传递函数 C(s) 1 R(S ) Ts3) 阶跃响应 ic （t ）=〒t(t -0)其中T = R o C4) 模拟电路 R(s)O —R0=20010K10K图1-4 积分的模拟电路图C⑸C=1uC( s )止U K 丄R(s) Ts(t 一0) 其中 K 二&/ R 0,T 二R C图1-7 惯性环节的结构框图四、实验步骤1、 按图1-2比例环节的模拟电路将线连好。
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 ”“ CH2”表HhR(s) 0— 10K比例积分环节的模拟电路图图1-6 10Kr-1R0=200T卜C(s)R1=200k4、惯性环节1) 结构框图 R( s )2) 传递函数 C(s) K R(s) Ts+13) 阶跃响应 C(t) = K(1_e -〃T) (t -0)其中 K = R 1 / R 。
中南大学典型系统的时域响应和稳定性分析实验报告
中南大学典型系统的时域响应和稳定性分析实验报告实验介绍：本实验以中南大学典型系统为研究对象，通过构建数学模型和实际建模结果，分析系统的时域响应和稳定性，以及初步探讨系统的性能和优化方法。
实验步骤：1、对中南大学典型系统进行数学建模，并得到系统的传递函数。
2、通过Matlab对系统的传递函数进行分析，得到系统的时域响应。
3、分析系统特征方程的根，判断系统的稳定性。
4、探讨系统的性能指标，并初步探讨系统的优化方法。
实验结果：1、数学模型及传递函数：根据中南大学典型系统的构成，我们可以得到其传递函数为：$$G(s) = \frac{Y(s)}{X(s)}=\frac{K}{s(T_1s+1)(T_2s+1)}$$2、时域响应分析：阶跃响应脉冲响应可以看出，在系统输入为阶跃信号时，系统的响应随着时间的增加逐渐趋于稳定；在系统输入为脉冲信号时，系统的响应在一定时间范围内会有一个稳定的振荡。
3、稳定性分析：我们根据系统的特征方程$$1+G(s)=0$$得到特征方程为：$$s^3+T_1T_2s^2+(T_1+T_2)s+K=0$$我们通过Matlab计算特征方程的根，得到系统的特征根分别为：$-0.0327\pm0.6480j$和$-2.4341$。
根据根的位置，我们可以判断系统的稳定性。
由于系统的根都在左半平面，因此系统是稳定的。
4、性能指标和优化方法：本实验中，我们主要关注系统的稳定性和响应速度等性能指标。
在实际应用中，我们可以通过调整系统控制参数，如增益$K$和时间常数$T_1$和$T_2$等，来优化系统的性能。
结论：本实验通过对中南大学典型系统进行数学建模和实际响应分析，得到了系统的传递函数、阶跃响应和脉冲响应等数学模型，并根据特征方程的根判断了系统的稳定性。
在探讨系统性能指标和优化方法的基础上，我们可以进一步探究系统的优化方案，并为实际控制应用提供参考。
系统时域响应实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解系统时域响应的基本概念和常用分析方法。
2. 掌握利用MATLAB软件进行系统时域响应分析的方法。
3. 分析不同类型系统的时域响应特性，并掌握系统性能指标的计算方法。
二、实验原理系统时域响应是指系统对输入信号的响应，通常用输出信号随时间变化的曲线表示。
时域响应分析是系统分析与设计中重要的环节，通过对系统时域响应的分析，可以了解系统的动态性能、稳定性和过渡过程等特性。
时域响应分析主要包括以下内容：1. 系统的阶跃响应：阶跃响应是指系统在单位阶跃信号作用下的输出响应，反映了系统在稳态和过渡过程中的动态特性。
2. 系统的脉冲响应：脉冲响应是指系统在单位脉冲信号作用下的输出响应，反映了系统的瞬态特性。
3. 系统的阶跃恢复响应：阶跃恢复响应是指系统在阶跃信号消失后的输出响应，反映了系统的恢复特性。
三、实验设备与软件1. 实验设备：计算机、MATLAB软件2. 实验内容：系统时域响应分析四、实验步骤1. 阶跃响应分析（1）建立系统的传递函数模型；（2）利用MATLAB的step函数绘制阶跃响应曲线；（3）分析阶跃响应曲线，计算系统的性能指标，如上升时间、峰值时间、调节时间、超调量等。
2. 脉冲响应分析（1）建立系统的传递函数模型；（2）利用MATLAB的impulse函数绘制脉冲响应曲线；（3）分析脉冲响应曲线，了解系统的瞬态特性。
3. 阶跃恢复响应分析（1）建立系统的传递函数模型；（2）利用MATLAB的step函数绘制阶跃恢复响应曲线；（3）分析阶跃恢复响应曲线，了解系统的恢复特性。
五、实验结果与分析1. 阶跃响应分析（1）系统阶跃响应曲线如图1所示，上升时间为0.5s，峰值时间为1s，超调量为20%，调节时间为3s。
图1 系统阶跃响应曲线（2）根据阶跃响应曲线，计算系统的性能指标如下：上升时间：t_r = 0.5s峰值时间：t_p = 1s超调量：M = 20%调节时间：t_s = 3s2. 脉冲响应分析（1）系统脉冲响应曲线如图2所示，系统在脉冲信号作用下的瞬态特性较好。
MATLAB的使用与典型环节的时域特性自动控制原理实验报告
MATLAB的使用与典型环节的时域特性一. 实验目的1．MA TLAB的使用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．实验原理及说明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.。
系统的时域特性一. 实验目的3．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4．研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn、阻尼比ξ对过渡过程的影响。
5． 掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标σ％、t p 、t s 的计算。
6． 观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标σ％、t p 值，并与理论计算值作比对。
二．实验原理及说明典型环节的结构图及传递函数图 典型Ⅰ型二阶单位反馈闭环系统Ⅰ型二阶系统的开环传递函数：)1()(+=TS TiS K S G Ⅰ型二阶系统的闭环传递函数标准式：2222)(1)()(nn n S S S G S G s ωξωωφ++=+= 自然频率（无阻尼振荡频率）：T iT K =n ω 阻尼比：KT Ti 21=ξKS S K S S s n n n 1010102)(2222++=++=ωξωωφ 阻尼比和开环增益K 的关系式为：临界阻尼响应：ξ=1，K=2.5，欠阻尼响应：0<ξ<1 ， K=25 ξ=0.316 过阻尼响应：ξ>1， K=1.43ξ=1.32>1计算欠阻尼二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态指标σ％、t p 、t s ：（K=25、ξ=0.316、n ω=15.8）超调量 ：%1.35%100%21=⨯=--eξξπσ 峰值时间：调节时间 ：6.03==ns t ξω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.。
自动控制原理第一次实验报告-典型环节的时域分析
其中，
三、仪器设备
PC 机 1台
TD-ACC+(或 TD-ACS)实验系统 1套
四、线路示图
R0=200K,R1=100K
R0 = 200K；C = 1uF
R0 = R1 = 200K；C = 1uF
R0=R1=200K；C=1uF
取R0 = R2 = 100K，R3 = 10K，C = 1uF；R1 = 100K
五、内容步骤
1. 按电路图将线接好。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”短接。将开关设在“方波”档，分别调节调幅
和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为 1V，周期为 10s 左右。
3. 将 2 中的方波信号加至环节的输入端 Ui， 用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入
2.积分环节:(1)传递函数： （2）阶跃响应：Uo(t)=t/T,T=R0C
3.比例积分环节：（1）传递函数 (2)阶跃响应：Uo(t)=K+t/T
4.惯性环节：（1）传递函数： （2）阶跃响应：
5.比例微分环节：（1)传递函数：
(2)阶跃响应：
其中，
6. 比例积分微分环节：（1)传递函数：
(2)阶跃响应：
1．熟悉并掌握 TD-ACC+(或 TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。
3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、原理简述
1.比例环节:(1)传递函数： （2，观测输出端的实际响应曲线 U 0 (t)，记录实验波形及结果。
典型环节及其阶跃响应自动控制实验报告
实验名称：典型环节及其阶跃响应一、实验目的1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。
2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。
二、实验仪器1． EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台。
2． 计算机一台。
三、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，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。
2．时域性能指标的测量方法：超调量σ%：用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：%100%⨯-=∞∞Y Y Y MAX σ 峰值时间Tp 与调节时间Ts ：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到Tp 与Ts 。
(1)当参数R1=R2=100K, C=1uf ，K=1，T=0.1s 阶跃响应曲线如下,Ts 理论实测值如下表格：Ts 理论值（ms ） Ts 实测值（ms ） 比例环节 0 0 惯性环节 10 11 积分环节 500 545 微分环节 350 354 比例+微分环节 30 36 比例+积分环节870875例环节惯性环节分环节微分环节例+微分环节比例+积分环节(2)当参数R1=100K，R2=200K, C=1uf，K=2，T=0.2s阶跃响应曲线如下,Ts理论实测值如下表格：Ts理论值（ms）Ts实测值（ms）比例环节0 0惯性环节10 11积分环节30 35微分环节40 44比例+微分环节20 21比例+积分环节420 425比例环节惯性环节分环节微分环节例+微分环节比例+积分环节实验二 二阶系统阶跃响应一、实验目的1．研究二阶系统的特征参数，阻尼比ξ和无阻尼自然频率ωn 对系统动态性能的影响。
自动控制原理实验典型环节的时域响应
实验名称：典型环节的时域响应一、目的要求1、熟悉并掌握TD-ACC+(或TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2、熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
对比差异分析原因。
3了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、原理简述1、比例环节传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K.2、积分环节传递函数：Uo(s)/Ui(s)=1/TS3、比例微分环节传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K+1/TS4、惯性环节传递函数： Uo(s)/Ui(s)=K/(TS+1)5、比例微分环节传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K[(1+TS)/(1+τS)]6、比例积分微分环节传递函数：Uo(s)/Ui(s)=Kp+1/TiS+TdS三、仪器设备PC机一台，TD-ACC（或TD-ACS）实验系统一套四、线路视图1、比例环节2、积分环节3、比例积分环节4、惯性环节5、比例微分环节6、比例积分微分环节五、内容步骤1、按所列举的比例环节的模拟电路图将线连接好，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”端插针用短路块短接，。
将开关设在方波档，分别调节调幅和调频电位器，使得“out”端输出的方波幅值为1V，周期为10S左右。
3、将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别检测模拟电路的输入Ui端和输出端Uo端，观测输出端的实际响应曲线Uo（t），记录实验波形及结果。
4、改变几组参数，重新观测结果。
5、用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节、比例积分微分环节的模拟电路图。
观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。
六、数据处理1、比例环节①R0=200K,R1=100K;②R0=200K,R1=200K;2、积分环节①R0=200K,C=1uF;②R0=200K,C=2uF;3、比例积分环节①R0=R1=200K,C=1uF;②R0=R1=200K,C=2uF;4、惯性环节①R0=R1=200K,C=1uF;②R0=R1=200K,C=2uF;5、比例微分环节①R0=R2=100K,R3=10K,C=1uF,R1=100K;②R0=R2=100K,R3=10K,C=1uF,R1=200K;6、比例积分微分环节①R2=R3=10K,R0=100K,C1=C2=1uF,R1=100K;②R2=R3=10K,R0=100K,C1=C2=1uF,R1=200K;七、分析讨论在误差允许的情况下，输出的结果与理论值相符。
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成绩：教师签名：批改时间：
一、实验目的
1．熟悉并掌握TD-ACC+(或TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
对比差异分析原因。
3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验设备
PC机一台，TD-ACC（或TD-ACS）实验系统一套
三、实验原理及内容
以运算放大器为核心，由其不同的输入R-C网络和反馈R-C网络构成控制系统的各种典型环节，用数字存储示波器测量各环节的阶跃响应曲线。
下面为各环节模拟电路图。
1.比例环节(P) 传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K
2.积分环节(I) 传递函数：Uo(s)/Ui(s)=1/TS
3.比例积分环节(PI)
传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K+1/TS
成绩：教师签名：批改时间：
4.惯性环节(T) 传递函数： Uo(s)/Ui(s)=K/(TS+1)
5.比例微分环节(PD) 传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K[(1+TS)/(1+τS)]
6.比例积分微分环节(PID) 传递函数：Uo(s)/Ui(s)=Kp+1/TiS+TdS
四、实验步骤
1.按所列举的比例环节的模拟电路图将线连接好，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”端插针用短路块短接，。
将开关设在方波档，分别调节调幅和调频电位器，使得“out”端输出的方波幅值为1V，周期为10S左右。
3.将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别检测模拟电路的输入Ui端和输出端Uo端，观测输出端的实际响应曲线Uo（t），记录实验波形及结果。
4.改变几组参数，重新观测结果。
5.用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节、比例积分微分环节的模拟电路图。
观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。
成绩：教师签名：批改时间：
四、实验数据处理和结果分析
1、比例环节 (P)
当R0=200K，R1=100K时, 图形如下：
（理想图）
2、积分环节（I）
R0=200k、C=1uF时波形如下：
（理想图）
3、比例积分环节（PI）
(1)R0=200k 、R1=200k、C=1uF时波形如下：
（理想图）
电子科技大学中山学院学生实验报告
4、惯性环节（T）
（1）R0=200k、R1=200k、C=1uF时波形如下：
（理想图）
5、比例微分环节（PD）
(1)R0=R2=100k,R3=10k,C=1uF,R1=100k时，波形如图：
（理想图）
6、比例积分微分环节（PID）
（1）R2=R3=10k、R0=100k、C1=C2=1uF、R1=100k时波形如下：
（理想图）
电子科技大学中山学院学生实验报告。