实验1-典型环节的模拟研究
【自控原理实验】实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真研究
实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究一．实验目的1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。
2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。
二．实验内容1．设计各种典型环节的模拟电路。
2．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。
3．在MA TLAB软件上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。
三．实验步骤1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。
接线时要注意：先断电，再接线。
接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。
（U3单元的O1接被测对象的输入、G接G1、U3单元的I1接被测对象的输出）。
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。
首先必须在熟悉上位机界面的操作，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。
为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。
接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。
软件界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况:通过上位机界面中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端口,选择D/A通道的O1（“测试信号1”）作为被测对象的信号发生端口.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同。
②硬件接线完毕后,检查USB口通讯连线和实验箱电源后，运行上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。
③进入实验模式后，先对显示模式进行设置：选择“X-t模式”；选择“T/DIV”为1s/1HZ。
④完成上述实验设置，然后设置实验参数，在界面的右边可以设置系统测试信号参数，选择“测试信号”为“周期阶跃信号”，选择“占空比”为50%，选择“T/DIV”为“1000ms”，选择“幅值”为“3V”，可以根据实验需要调整幅值，以得到较好的实验曲线，将“偏移”设为“0”。
典型环节的模拟实验报告
典型环节的模拟实验报告典型环节的模拟实验报告一、引言在现代科学研究中，模拟实验是一种常见的研究方法。
通过模拟实验，可以在实验室中重现真实环境，并对特定环节进行研究和分析。
本文将以典型环节为例，通过模拟实验的方式进行研究，以期探索其中的规律和现象。
二、材料与方法在本次模拟实验中，我们使用了X型设备进行模拟环节的搭建。
该设备具有高度可控性和可调节性，可以模拟各种环境条件。
我们选择了典型的环节进行模拟实验，包括A环节、B环节和C环节。
在每个环节中，我们设置了不同的参数和条件，以模拟真实环境中的各种情况。
三、实验结果与分析在A环节的模拟实验中，我们发现随着参数X的增加，环节的效率呈现上升趋势。
这说明在A环节中，参数X对效率有着明显的影响。
进一步的分析表明，参数X的增加导致了资源的更充分利用和更高效的操作，从而提高了整个环节的效率。
在B环节的模拟实验中，我们关注了参数Y的变化对环节结果的影响。
实验结果显示，参数Y的增加会导致环节结果的不稳定性增加。
这表明在B环节中，参数Y的调节需要谨慎，过大或过小都会对环节的稳定性产生负面影响。
进一步的研究还发现，适当的参数Y范围内，环节结果呈现出最佳状态，这为后续的优化提供了方向。
在C环节的模拟实验中，我们关注了不同操作者的影响。
实验结果表明，不同操作者的操作水平对C环节的效果有着显著差异。
经验丰富的操作者能够更快速、更准确地完成任务，而经验较少的操作者则需要更多的时间和努力。
这提示我们，在C环节中，操作者的培训和技能提升是提高整体效率的重要因素。
四、讨论与展望通过本次模拟实验，我们对典型环节的特性和影响因素进行了初步的研究。
然而，仍有许多问题需要进一步探索和解决。
例如，在实际应用中，环节之间的相互作用和影响如何？不同环境条件下，各环节的优化策略又是什么？这些问题需要更深入的研究和实验来解答。
未来的研究可以将模拟实验与实际数据相结合，以更真实地反映环节的特性和效果。
同时，可以引入机器学习和人工智能等技术，以提高模拟实验的自动化和智能化水平。
南京理工大学控制工程基础实验报告
《控制工程基础》实验报告姓名欧宇涵 914000720206周竹青 914000720215 学院教育实验学院指导老师蔡晨晓南京理工大学自动化学院2017年1月实验1：典型环节的模拟研究一、实验目的与要求：1、学习构建典型环节的模拟电路；2、研究阻、容参数对典型环节阶跃响应的影响；3、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并计算其典型环节的传递函数。
二、实验内容：完成比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃响应特性的影响。
三、实验步骤与方法（1）比例环节图1-1 比例环节模拟电路图比例环节的传递函数为：K s U s U i O =)()(，其中12R RK =，参数取R 2=200K ，R 1=100K 。
步骤： 1、连接好实验台，按上图接好线。
2、调节阶跃信号幅值(用万用表测)，此处以1V 为例。
调节完成后恢复初始。
3、Ui 接阶跃信号、Uo 接IN 采集信号。
4、打开上端软件，设置采集速率为“1800uS”，取消“自动采集”选项。
5、点击上端软件“开始”按键，随后向上拨动阶跃信号开关，采集数据如下图。
图1-2 比例环节阶跃响应（2）积分环节图1-3 积分环节模拟电路图积分环节的传递函数为：ST V V I I O 1-=，其中T I =RC ，参数取R=100K ，C=0.1µf 。
步骤：同比例环节，采集数据如下图。
图1-4 积分环节阶跃响应（3）微分环节图1-5 微分环节模拟电路图200KRV IVoC2CR 1V IVo200K微分环节的传递函数为：K S T S T V V D D I O +-=1，其中 T D =R 1C 、K=12R R。
参数取：R 1=100K ，R 2=200K ，C=1µf 。
步骤：同比例环节，采集数据如下图。
图1-6 微分环节阶跃响应（４）惯性环节图1-7 惯性环节模拟电路图惯性环节的传递函数为：1+-=TS K V V I O ，其中2T R C =,21RK R =-。
典型环节的模拟研究
北京联合大学实验报告实验名称：典型环节的模拟研究学院：自动化专业：物流工程姓名：学号：同组人姓名：学号：班级：成绩：实验日期：2014年11月20日完成报告日期：2014年11月21日实验一典型环节的模拟研究一．实验目的：1. 研究典型环节的特性，学习典型环节的电模拟方法。
2. 熟悉实验设备的性能和操作。
二．各典型环节的方块图及传函三．实验内容及步骤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1-1所示。
图1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：；单位阶跃响应：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1-1安置短路套及测孔联线，表如下。
（b）测孔联线打开虚拟示波器的界面，点击开始，观测A5B输出端（Uo）的实际响应曲线。
示波器的截图详见虚拟示波器的使用。
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1-2所示。
图1-2 典型惯性环节模拟电路传递函数：单位阶跃响应：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1-2安置短路套及测孔联线，表如下。
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=。
典型环节的模拟研究实验总结
典型环节的模拟研究实验总结一、引言随着科技的发展，模拟研究实验在各个领域得到了广泛应用。
在工程领域中，模拟研究实验可以帮助工程师们在设计和制造过程中发现问题，并提供相应的解决方案。
本文将围绕典型环节的模拟研究实验进行探讨，旨在总结其研究方法、实验结果以及对工程设计和制造的影响。
二、典型环节的模拟研究实验1. 实验对象本次模拟研究实验的对象为一个汽车制造厂商生产线上的焊接环节。
焊接是汽车生产线上非常重要的一环，直接关系到汽车质量和安全性。
因此，对焊接环节进行模拟研究实验具有重要意义。
2. 实验目标本次模拟研究实验旨在探讨以下问题：（1）焊接过程中温度变化对焊缝质量的影响；（2）不同焊接参数对焊缝质量的影响；（3）优化焊接参数以提高焊缝质量。
3. 实验方法本次模拟研究实验采用了有限元分析方法。
首先，根据焊接过程中的物理原理建立了一个三维模型。
然后，利用有限元分析软件对模型进行分析，得出焊接过程中温度变化和应力分布情况。
最后，根据分析结果对焊缝质量进行评估。
4. 实验结果经过模拟研究实验，得出以下结论：（1）焊接过程中温度变化对焊缝质量有重要影响。
当温度过高或过低时，会导致焊缝出现裂纹或变形。
（2）不同焊接参数对焊缝质量的影响较大。
例如，电流越大、电压越高、速度越快，则产生的热量也越大，但是如果参数设置不合理，则可能导致焊缝出现问题。
（3）通过优化焊接参数可以提高焊缝质量。
例如，在保证产生足够热量的前提下，适当降低速度和电流等参数可以减少应力集中并提高焊缝强度。
5. 实验影响本次模拟研究实验对汽车制造行业具有重要影响。
首先，在工程设计阶段，可以根据模拟研究实验的结果优化焊接参数，提高汽车焊缝质量和安全性。
其次，在制造过程中，可以利用模拟研究实验指导工人进行焊接操作，减少因操作不当而导致的问题发生。
最后，在质量检测环节中，可以根据模拟研究实验的结果制定相应的检测标准，提高汽车质量检测效率和准确性。
三、结论通过对典型环节的模拟研究实验进行总结，我们可以发现模拟研究实验在工程设计和制造中具有重要意义。
自动控制原理实验报告
实验一典型环节的模拟研究及阶跃响应分析1、比例环节可知比例环节的传递函数为一个常数：当Kp 分别为，1，2时，输入幅值为的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为，，的反向阶跃信号。
实验中，输出信号依次为幅值为，，的反向阶跃信号，相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%.在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。
2、 积分环节积分环节传递函数为：〔1〕T=0.1(0.033)时，C=1μf(0.33μf)，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图：与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上时的波形斜率近似为时的三倍，实际上为，在误差允许范围内可认为满足理论条件。
3、 惯性环节惯性环节传递函数为：K = R f /R 1,T = R f C,（1） 保持K = R f /R 1= 1不变，观测秒，秒〔既R 1 = 100K,C = 1μf ，μf 〕时的输出波形。
利用matlab 仿真得到理论波形如下：时t s 〔5%〕理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：〔400-300〕/300=33.3%,读数误差较大。
K 理论值为1，实验值，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近。
时t s 〔5%〕理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：〔40-30〕/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。
K 理论值为1，实验值，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近（2） 保持T = R f s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。
K=1时波形即为〔1〕中时波形K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果：t s 〔5%〕理论值为300ms,实际测得t s =400ms相对误差为：〔400-300〕/300=33.3% 读数误差较大K 理论值为2，实验值， 相对误差为〔〕/2=5.7%if i o R RU U -=1TS K)s (R )s (C +-=与理论值较为接近。
控制工程基础实验报告
控制工程基础[英]实验实验一.典型环节的模拟研究：已知一个小车、倒单摆系统非线性系统方程为：( 2.92)0.008x x u =-+20.004sin 36cos n n x θωθωθθ=-+-其中假设 (0)0;(0)0.2x x ==，(0)0;(0); 6.781,n θθπω===（1）要求绘出系统[0,10]t ∈的状态响应曲线（2）并将上述系统在0θ≈的条件下线性化，并要求绘出线性化后系统[0,10]t ∈的状态响应曲线，并与非线性系统状态响应曲线相比较。
(1)下面利用Simulink 对该系统进行仿真如下图所示。
图1.倒单摆系统仿真图在图中已经对主要信号进行了标注下面给出每个未标注信号后加入放大器的增益：008.092.2=阶跃K 008.01-=一阶微分x K 98.45=二阶微分θK通过示波器Scope 和Scope1观察x(t)和θ(t)的波形图如下所示。
图2.x(t)波形图3.θ(t)波形（2）将上述系统在0θ≈的条件下线性化，则方程组改写成如下形式：( 2.92)0.008x x u=-+20.004sin36n n xθωθωθ=-+-在Simulink中对系统仿真如下所示。
图4.线性化后仿真系统通过示波器模块可以观察输出信号，图形如下图所示。
图5.x(t)输出波形图6.θ（t ）输出波形实验二.典型系统时域响应动、静态性能和稳定性研究； 已知系统的开环传递函数为2()11G s s s =++（1）利用已知的知识判断该开环系统的稳定性（系统的特征方程根、系统零极点表示法）。
（2）判别系统在单位负反馈下的稳定性，并求出闭环系统在[0,10]t ∈内的脉冲响应和单位阶跃响应，分别绘制出相应响应曲线。
（1）该系统的特征方程的根、零极点表示的求解代码如下：输出结果如下图所示。
图7.特征方程求根结果图8.零极点分布图从图中可以看出两个极点在虚轴上，所以该系统处于临界稳定状态。
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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 =
图1-1-4典型微分环节模拟电路
同上1实验步骤
5．观察比例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A3、实验电路A2。
典型比例微分环节模拟电路如图1-1-5所示，比例微分环节的传递函数为：
0()
(1)()
i U s K TS U s =+
图1-1-5（a ）典型比例微分环节模拟电路
图1-1-5（b ）典型比例微分环节模拟电路
同上1实验步骤
6．观察比例微分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A2。
典型比例微分积分环节模拟电路如图1-1-6所示，比例微分积分环节的传递函数为：
0()1
()p d i i U S K T S U S T S
=++
图1-1-6（a ）典型比例微分积分环节模拟电路
图1-1-6（b ）典型比例微分积分环节模拟电路
同上1实验步骤；
7．观察惯性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。
典型惯性环节模拟电路如图1-1-7所示，惯性环节的传递函数为：
0()()1
i U s K
U s TS =
+
图1-1-7典型惯性环节模拟电路
同上1实验步骤；
8．观察二阶振荡环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：
阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3。
典型二阶振荡环节模拟电路如图1-1-8所示，二阶振荡环节的传递函数为：
2
02
2
()()2n i n n
U s U s S S ωξωω=++
图1-1-8典型二阶振荡环节模拟电路
同上1实验步骤；
四．实验结果
绘出各种典型环节理想的和实测的阶跃响应曲线。