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燕山大学电气工程学院自动化系教材

自动控制理论实验指导书

电气工程学院自动化系

燕 山 大 学 2001年10月

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实验一 典型环节的模拟研究

一、实验目的：

1、了解并掌握XMN-2A教学实验系统模拟电路的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。

2、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。 3、了解参数变化对典型环节阶跃响应的影响。 二、实验要求：

1、观测各种典型环节的阶跃响应曲线。 2、观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响。 三、实验仪器：

1．XMN-2A学习机 一台 2．计算机 四、实验原理和电路：

本实验是利用运算放大器的基本特性(开环增益高、输入阻抗大、输出阻抗小等)，设置不同的反馈网络来模拟各种环节。

典型环节原理方框图及其模拟电路如下： 1、比例环节(P)。其方框图如图1-1A所示：

Ui(S)KUo(S)图1-1A 比例环节方框图R1R10K-10K+-R10KUoR0Uiop5100K+op6图1-1B 比例环节模拟电路 R0=200K R1=100K;(200K) 2

其传递函数是：

U0(S)?K (1-1) Ui(S)比例环节的模拟电路图如图1-1B所示，其传递函数是：

U0(S)R1 (1-2) ?Ui(S)R0比较式(1-1)和(1-2)得 K?R1R0 (1-3) 当输入为单位阶跃信号，即Ui(t)?1(t)时，Ui(s)?1/S，则由式(1-1)得到：

1 S所以输出响应为： U0?K (t?0) (1-4)

U0(S)?K?2、积分环节。其方框图如图1-2A所示。

Ui(S)1TSUo(S)图1-2A 积分环节方框图CUi-op5R0R10KR10KUo-op610K100K图1-2B 积分环节模拟电路C=1μf(2μf);R0=200K其传递函数为：

U0(S)1 (1-5) ?Ui(S)TS积分环节的模拟电路图如图1-2B所示。

积分环节的模拟电路的传递函数为：

U0(S)1 (1-6) ?Ui(S)R0CS比较式(1-5)和(1-6)得：

T?R0C (1-7)

当输入为单位阶跃信号，即Ui(t)?1(t)时，Ui(S)?1S，则由式(1-5)得到：

111Uo(S)??? 2TSSTS所以输出响应为：

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