自控原理实验讲义
自动控制原理实验讲义
自动控制原理实验指导书实验一 控制系统典型环节的模拟一、 实验目的1、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路2、测量典型环节的阶跃响应曲线3、通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响 二、 实验仪器1、自控原理电子模拟实验箱一台2、电脑一台（虚拟示波器）3、万用表一只 三、 实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。
图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R 、C 构成。
基于图中A 点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：120)(Z ZU U s G i =-= （1）由上式可求得由下列模拟电路组成的典型环节的 传递函数及其单位阶跃响应。
1、比例环节比例环节的模拟电路如图1-2所示：图1-1、运放的反馈连接1212)(R R Z Z s G ==（2）图1-2 比例环节取参考值K R 1001=，K R 2002=；或其它的阻值。
2、惯性环节惯性环节的模拟电路如图1-3所示：111/1/)(21212212+=+∙=+==TS KCS R R R R CS R CSR Z Z s G （3）图1-3 惯性环节取参考值K R 1001=，K R 1002=，uF C 1=。
3、积分环节积分环节的模拟电路如图1-4所示：TSRCS R CS Z Z s G 111)(12==== （4）图1-4 积分环节取参考值K R 200=，uF C 1=。
4、比例积分环节积分环节的模拟电路如图1-5所示：)11()11(11/1)(2212112121212ST K CS R R R CS R R R CS R CS R R CS R Z Z s G +=+∙=+=+=+==（5）图1-5 比例积分环节取参考值K R 2001=，K R 4002=，uF C 1=。
5、比例微分环节比例微分环节的模拟电路如图1-6所示：)1()1(/1/)(112111212+=+∙=+==S T K CS R R RCS R CS R R Z Z s G D （6）取参考值K R 2001=，K R 2002=，uF C 1.0=。
自动控制原理实义
自动控制原理实验讲义郭烜内蒙古民族大学物理与电子信息学院信息与自动化技术教研室2012年8月目录绪论第一章自动控制原理实验实验一MATLAB软件和THDAQ虚拟实验设备的使用实验二控制系统的单位阶跃响应实验三高阶系统的时域动态性能和稳定性研究实验四线性系统的根轨迹实验五线性系统的频域分析实验六线性系统校正与PID控制器设计第二章自动控制原理模拟实验环境简介第一节MATLAB软件系统与Simulink仿真工具第二节CZ-AC型自动控制原理实验箱与THDAQ虚拟实验设备绪论《自动控制原理》是电子信息专业的专业基础课程，自动控制原理实验课程是一门理论验证型实验课程，结合自动控制理论课开设了一系列相应的实验，使学生理论与实践结合，更好的掌握控制理论。
通过实验，学生可以了解典型环节的特性，模拟方法及控制系统分析与校正方法，掌握离散控制系统组成原理，调试方法；使学生加深对控制理论的理解和认识，同时有助于培养学生分析问题和解决问题的工程综合能力，拓宽学生的专业面和知识面，为以后的深入学习与工作打下良好的扎实的基础。
第一章 自动控制原理实验实验一 MATLAB 软件与THDAQ 虚拟实验设备的使用一、实验目的1. 学习MA TLAB 软件、动态仿真环境Simulink 以及THDAQ 虚拟实验设备的正确使用方法。
2. 掌握建立控制系统数学模型的初步方法。
二、实验设备计算机、MATLAB 软件、CZ-AC 型自动控制原理实验箱、THDAQ 虚拟实验设备、万用表三、实验内容及原理1. MA TLAB 基本运算见第二章1.4节： MATLAB 基本运算2. 用MATLAB 建立控制系统数学模型控制系统常用的三种数学模型：<1>传递函数模型(多项式模型)m n s den s num a s a s a b s b s b s G n n n n m m m m ≥=++++++=----)()()(011011 用函数tf()建立控制系统传递函数模型：];,,,[];,,,[0101a a a den b b b num n n m m --==命令调用格式：sys=tf(num, den) 或 printsys(num, den)也可以用多项式乘法函数conv()输入num/den 如：)12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G ， num=5*conv(conv([1,2],[1,2]),[1,6,7])<2>零极点模型调用格式：z=[z 1,z 2,…,z m ]; p=[p 1,p 2,…,p n ]; k=[k]; sys=zpk(z, p, k)<3>部分分式展开式模型调用格式：[r, p, k]=residue(num, den)3. 用Simulink建立系统模型点击MATLAB命令窗口菜单“File”下“New”子菜单下“Model”命令打开扩展名为“.mdl”的模型文件，或在MA TLAB命令窗口输入命令“simulink”，选定模块拖到模型设计窗口，单击模块的输入或输出端，当光标变成十字时，拖到目标模块的输出或输入端口，当光标变成双十字时，松开鼠标，形成连接信号线。
《自动控制原理实验》讲义(14电气16-17(1))
《自动控制原理》目录实验一典型环节及其阶跃响应实验二二阶系统阶跃响应实验三控制系统的稳定性分析实验四控制系统的频率特性实验五连续控制系统的串联校正实验六数字PID控制实验实验七离散控制系统实验实验八非线性控制系统实验第一部分 《自动控制原理》实验 实验一 典型环节及其阶跃响应预习要求：1、复习运算放大器的工作原理；了解采用A μ741运算放大器构成各种运算电路的方法；2、了解比例控制、微分控制、积分控制的物理意义。
一、实验目的1、学习自动控制系统典型环节的电模拟方法，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；3、学会根据阶跃响应曲线计算确定典型环节的传递函数。
二、实验内容1、比例环节 电路模拟：图1-1传递函数： 2211()()()U s RG s U s R ==-2、惯性环节电路模拟：图1-2A/D1D/A1200KA/D1传递函数： 22112()/()()11U s R R KG s U s Ts R Cs ==-=-++ 3、积分环节 电路模拟：图1-3传递函数： 21()11()()U s G s U s Ts RCs==-=-4、微分环节 电路模拟：图1-4传递函数： 211()()()U s G s s RC s U s τ==-=-5、比例微分 电路模拟：图1-5传递函数： 222111()()(1)(1)()U s RG s K s R C s U s R τ==-+=-+6、比例积分电路模拟：D/A1A/D1A/D1A/D1图1-6传递函数： 22112()11()(1)(1)()U s R G s K U s Ts R R Cs==-+=-+三、实验步骤1、计算机与实验箱的连接1）用串行口线将计算机串行口与实验箱相联。
2）打开实验箱的电源，指示灯亮，双击在桌面上的“自动控制实验系统”图标，运行自动控制实验系 统软件。
3）下拉“串口测试”窗口，单击“串口测试”，如果测试窗口出现数字码，表示计算机与实验箱已经连接好，可以继续下面的实验。
自动控制原理实验讲义---修改稿
北京信息科技大学自编实验讲义控制理论实验指导书许晓飞吴细宝编著自动化学院智能科学与技术系2011年1月前言一、自动控制理论的发展与现状自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术学科，它的发展可以追述到十七世纪，那时人们就在水轮的转动、风车的转速上开始采用自动控制技术。
特别是在1784年，瓦特蒸汽机的发明，成为世界上非常瞩目的成就，人们逐步认识到控制动力学的问题，并寻找其自动控制的实现方法及理论研究应用于生产实际。
二战期间，为了设计和制造飞机和船用自动驾驶仪、火炮方位系统、雷达跟踪系统，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。
到战后，已形成了一套完整的自动控制理论体系。
它主要是以传递函数为基础，从时域、频域两个方面研究系统的稳定性、稳定的范围和条件，例如常用的劳斯稳定判据、奈奎斯特准则、根轨迹和Bode图等。
从研究系统的动态特行中，研究系统稳定所需要的条件和拟采取的措施，如串联系统的校正、PID控制器的校正，这些方法主要用于研究系统单输入—单输出线性定常系统的分析和设计。
到本世纪四十年代，对非线性控制系统的研究已取得了明显的进展，主要的研究方法有：相平面法、描述函数法、李亚普诺夫方法等。
通常，可把自动控制系统分为线性系统和非线性系统两大类，对于一个系统，若存在一个非线性环节或一个非线性元件，则这个系统就是非线性系统。
精确的分析结果表明，所有的系统都是非线性的，而线性系统则是一种简化或近似，因此，在实际应用中，非线性系统本身愈来愈多的成为人们所关心的问题，尤其是某些非线性系统所具有的独特性质，如自激振荡、跳越现象、区域稳定、非线性补偿等，使得非线性系统在工程范围中的应用有所推广，并日益为各学科所重视。
近年来，随着计算机的不断发展，自动控制理论也跨入了一个飞速发展的新阶段，如人造卫星的控制、宇宙飞行器的控制、机器人的控制等都是采用控制思想与计算机技术相结合的方法，同时，现代科学技术的突飞猛进，也对自动控制的精度提出了更高的要求。
自动控制原理实验讲义
实验一二阶系统的瞬态瞬态响应分析一、实验目的1 、熟悉二阶模拟系统的组成。
2 、研究二阶系统分别工作在ξ=1，0<ξ<1,ξ>1三种状态下的单位阶跃响应。
3 、分析增益K 对二阶系统单位阶跃响应的超调量σp、峰值时间tp和整时间ts 。
4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误。
二、实验设备l ）、控制理论电子模拟实验稍一台2 ）、慢扫描示波器一台3 ）、万用表一只三、实验原理图1-1 为二阶系统的模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反相器组成。
图1-2为图1-1的原理方框图，图中K=R2/R1，121C R T =，232C R T =由图1-2求得二阶系统的闭环传递函数：211221222110)()(T T KS T S T T KK S T S T T KS U S U ++=++=（1）而二阶系统标准传递函数为：对比式（1）和（2），得21T T K n =ω，K T T 124=ξ若令T1=0.2S ，T2=0.5S ，则k n 10=ω，k 625.0=ξ调节开环增益K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值，还可以得到过阻尼(ξ>1)、临界（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。
（1）当k>0.625，0<ξ<1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：)1sin(111)(2120ξξωξξω-+--=--tg t e t u d t n式中21ξωω-=n d 图1-3为二阶系统欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线（2）当k=0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：t w n n e t u -+-=)1(10ω如图1-4为二阶系统工作临界阻尼单位阶跃响应曲线。
（3）、当k<0.625时，ξ>1，系统工作在过阻尼状态，它的单位阶跃响应曲线和临界阻尼时的单位阶跃响应一样为单调的指数上升曲线，但后者的上升速度比前者缓慢．三、实验内容与步骤1 、根据图1-1，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为：()0.5(0.21)KG S S S =+2 、令ui( t ) = lv ，在示波器上观察不同K ( K =10 ,5， 2 ，0.5)时的阶跃响应的波形，并由实验求得相应的σp 、tp 和ts 的值。
自动控制原理实验教学课件
课程中的案例分析和讨论环节让我更好地理解了控制系统在实际工程中的应用，增 强了我的学习兴趣和动力。
对未来学习方向提出建议
深入学习先进控制理论和方法
随着控制理论和技术的发展，建议未来课程中增加对先进控制算法和技术的介绍和应用， 如智能控制、鲁棒控制等。
掌握自动控制系统的基本性能指 标，如稳定性、快速性、准确性
和鲁棒性等。
了解自动控制系统的分类和应用 领域，如线性系统、非线性系统、
连续系统和离散系统等。
熟悉典型控制系统结构
掌握开环控制系统和闭环控制系统的基本结构和 特点，理解它们的工作原理和优缺点。
熟悉典型控制系统的结构，如PID控制系统、状态 反馈控制系统和最优控制系统等。
3. 利用仿真工具求解状态方程，得到 系统状态变量的响应曲线；
4. 分析系统稳定性和性能指标，如超 调量、调节时间等。
最优控制方法应用实验
实验目的
了解最优控制方法的基本原理和求解过 程，掌握最优控制方法在控制系统设计 中的应用。
VS
实验内容
通过MATLAB/Simulink等仿真工具，实 现最优控制器的设计，观察系统在不同控 制器作用下的动态响应过程，分析最优控 制方法的优越性和局限性。
最优控制方法应用实验
实验步骤 1. 确定被控对象和性能指标； 2. 建立最优控制问题的数学模型；
最优控制方法应用实验
01
3. 利用最优化方法求解最优控制器参数；
02
4. 在仿真环境中实现最优控制器，观察系统动态响应过程；
5. 分析最优控制方法的优越性和局限性。
03
鲁棒控制方法应用实验
自控原理实验讲义
自动控制理论部分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MATLAB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”。
《自动控制原理 》实验讲义
《自动控制原理》实验讲义目录实验一典型环节的时域响应 (2)实验二典型系统的时域响应和稳定性分析 (8)实验三线性系统的频率响应分析 (12)实验四线性系统的校正 (17)实验五线性系统的根轨迹分析 (20)实验六离散系统的稳定性分析 (23)安徽大学电子学院2014实验一 典型环节的时域响应时域分析法是在时间域内研究控制系统在各种典型信号的作用下系统响应（或输出）随时间变化规律的方法。
因为它是直接在时间域中对系统进行分析的方法，所以具有直观、准确的优点，并且可以提供系统响应的全部信息。
下面就实验中将要遇到的一些概念做以简单介绍：1、稳态分量和暂态分量：对于任何一个控制系统来说，它的微分方程的解，总是包括两部分：暂态分量和稳态分量。
稳态分量反映了系统的稳态指标或误差,而暂态分量则提供了系统在过渡过程中的各项动态性能信息。
2、稳态性能和暂态性能：稳态性能是指稳态误差，通常是在阶跃函数、斜坡函数或加速度函数作用下进行测定或计算的。
若时间趋于无穷时，系统的输出量不等于输入量或输入量的确定函数，则系统存在稳态误差。
稳态误差是对系统控制精度或抗扰动能力的一种度量。
暂态性能又称动态性能，指稳定系统在单位阶跃函数作用下，动态过程随时间t 的变化规律的指标。
其动态性能指标通常为：• 延迟时间td ：指响应曲线第一次达到其终值一半所需的时间。
• 上升时间tr ：指响应从终值10％上升到终值90％所需的时间。
对于有振荡的系统，亦可定义为响应从第一次上升到终值所需的时间。
上升时间是系统响应速度的一种度量，上升时间越短，响应速度越快。
• 峰值时间tp ：指响应超过其终值到达第一个峰值所需的时间。
• 调节时间ts ：指响应到达并保持在终值 ±5％ 或 ±2％ 内所需的时间。
• 超调量δ％：指响应的最大偏离量 h (tp) 与终值h (∞) 之差的百分比。
上述五个动态性能指标基本上可以体现系统动态过程的特征。
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自动控制理论部分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MATLAB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”。
以上除必须选择“周期阶跃信号”外，其余的选择都不是唯一的。
要特别注意，除单个比例环节外，对其它环节和系统都必须考虑环节或系统的时间常数，如仍选择“输入波形占空比”为50%，那么“T/DIV”至少是环节或系统中最大时间常数的6～8倍。
这样，实验中才能观测到阶跃响应的整个过程。
⑤以上设置完成后，按LabVIEW上位机软件中的“RUN”运行图标来运行实验程序，然后点击右边的“启动/停止”按钮来启动实验，动态波形得到显示，直至周期响应过程结束，如上述参数设置合理就可以在主界面图形显示控件中间得到环节的“阶跃响应”。
⑥利用LabVIEW软件中的图形显示控件中光标“Cursor”功能观测实验结果；改变实验箱上环节参数，重复⑤的操作；如发现实验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复④、⑤的操作。
⑦按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件。
3．分析实验结果，完成实验报告。
四．附录1．比例(P)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应 比例环节的传递函数为：K s U s U i O =)()( 其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.1.1、图1.1.2和图1.1.3所示，于是01R R K =。
实验参数取R 0＝100k ，R 1＝200k ，R=10k 。
实验接线如下图：2．积分(I)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应 积分环节的传递函数为：Tss U s U i O 1)()(= 其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.2.1、图1.2.2和图1.2.3所示，于是C R T 0=，实验参数取R 0＝100k ，C ＝1uF ，R=10k 。
实验接线如下图：3．比例积分(PI)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应比例积分环节的传递函数为：TsK U U i O 1+=其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.3.1、图1.3.2和图1.3.3所示，于是 01R R K =，C R T 0=4．比例微分(PD)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应 比例微分环节的传递函数为：)1(Ts K U U iO += 其方块图和模拟电路分别如图1.4.1、图1.4.2所示。
其模拟电路是近似的（即实际PD环节），取321,R R R >>，则有C R R R R T R R R K 2121021,+=+=，实验参数取R 0＝10k ，R 1＝10k ，R 2＝10k ，R 3＝1K ，C ＝10uF ，R=10k 。
对应理想的和实际的比例微分(PD)环节的阶跃响应分别如图1.4.3a 、图1.4.3b 所示。
实际PD 环节的传递函数为：1212012312233112030()1()()(1)()()o i U s R R R R Cs U s R R R R Cs R R R R R R Cs R R R R Cs R ⎡⎤+=+⎢⎥++⎣⎦++++=+ （供软件仿真参考）实验接线如下图：5．惯性环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应 惯性环节的传递函数为：1+=Ts K U U i O实验接线如下图：其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.5.1、图1.5.2和图1.5.3所示，其中C R T R R K 101,==，实验参数取R 0＝200k ，R 1＝200k ，C ＝1uF ，R=10k 。
6．比例积分微分(PID)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应 比例积分微分环节的传递函数为：s T sT K s U s U d i P i O ++=1)()( 其方块图和模拟电路分别如图1.6.1、图1.6.2所示。
其模拟电路是近似的（即实际PID 环节），取321R R R >>>>，将近似上述理想PID 环节有20211001,,C R R R T C R T R R K d i P ===，实验参数取R 0＝200k ，R 1＝100k ，R 2＝10k ，R 3＝1k ，C 1＝1uF ，C 2＝10uF ，R=10k 。
对应理想的和实际的比例积分微分(PID)环节的阶跃响应分别如图1.6.3 a 、图1.6.3 b 所示。
实际PID 环节的传递函数为：1222110010132()1(1)()(1)o i U s R R R C R C s U s R R C s R C R C s ++=+++（供软件仿真参考）实验接线如下图：实验二典型系统动态性能和稳定性分析一．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。
2．观测三阶系统的阶跃响应，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．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.1.1和图2.1.2，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（如用U9、U15、U11和U8连成）。
注意实验接线前必须对运放仔细调零（出厂已调好，无需调节）。
信号输出采用U3单元的O1、信号检测采用U3单元的I1、锁零接U3单元的G1。
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．改变该二阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响。
4．利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.2.1和图2.2.2，设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路（如用U9、U15、U11、U10和U8连成）。
5．利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。
6．改变该三阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。
7．分析实验结果，完成实验报告。
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”。
以上除必须选择“周期阶跃信号”外，其余的选择都不是唯一的。
要特别注意，除单个比例环节外，对其它环节和系统都必须考虑环节或系统的时间常数，如仍选择“输入波形占空比”为50%，那么“T/DIV ”至少是环节或系统中最大时间常数的6～8倍。
这样，实验中才能观测到阶跃响应的整个过程。
⑤以上设置完成后，按LabVIEW 上位机软件中的“RUN ”运行图标来运行实验程序，然后点击右边的“启动/停止”按钮来启动实验，动态波形得到显示，直至周期响应过程结束，如上述参数设置合理就可以在主界面图形显示控件中间得到环节的“阶跃响应”。
⑥利用LabVIEW 软件中的图形显示控件中光标“Cursor ”功能观测实验结果；改变实验箱上环节参数，重复⑤的操作；如发现实验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复④、⑤的操作。
⑦按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件。
3．分析实验结果，完成实验报告。
四．附录1．典型二阶系统典型二阶系统的方块结构图如图2.1.1所示： 其开环传递函数为oT K K s T s K s G 111,)1()(=+=， 其闭环传递函数为2222)(nn n s s s W ωξωω++=，其中，111121,T K T T T K o o n ==ξω 取二阶系统的模拟电路如图2.1.2所示，调节Rx 分析二阶系统的三种情况：该系统的阶跃响应如图2.1.3所示：Rx 接分立元器件单元的1M 电位器（或200K 电位 器），改变元件参数Rx 大小，研究不同参数特征下的时域响应。
2.1.3a ，2.1.3b ，2.1.3c 分别对应二阶系统在过阻尼，临界阻尼，欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线：2．典型三阶系统典型三阶系统的方块结构图如图2.2.1所示：其开环传递函数为)1)(1()(21++=s T s T s K s G ，其中oT K K K 21=，取三阶系统的模拟电路如图2.2.2所示：该系统开环传递函数为Rx K s s s K s H s G /500,)15.0)(11.0()()(=++=，,Rx 的单位为K Ω。