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自动控制原理实验报告

实验时间：201X年XX月 XX日 地点：XXXX 实验报告人（签名）：倪马 同组实验人（签名）：

1 实验名称：典型环节的模拟研究 2 实验目的：

（1）了解和掌握主实验板及虚拟示波器的构造原理和操作方法。 （2）学习掌握几种典型环节的模拟研究。

（3）通过几种典型环节的模拟研究归纳出其研究方法及思路。

3 实验内容：

（1）主实验板和虚拟示波器构造原理的学习及操作方法的掌握。

（2）比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和比例-微分环节的模拟研究。

4 实验步骤 4.1 实验操作

4.1.1 比例环节

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

R 传递函数：G(S)?UO(S)?KK?1；

Ui(S)R0 单位阶跃响应：U(t)?K

实验内容及步骤

（1） 构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及插孔连线。 （2） 运行、观察、记录：

选择线性系统时域分析／典型环节／比例环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。

4.1.2 惯性环节

典型惯性环节模拟电路如图3-1-2所示。

图3-1-2 典型惯性环节模拟电路

R 传递函数：G(S)?UO(S)?KK?1T?R1C；

Ui(S)1?TSR0 单位阶跃响应：U0(t)?K(1?e?T)

实验内容及步骤

（1） 构造模拟电路：按图3-1-2安置短路套及插孔连线。 （2） 运行、观察、记录：

选择线性系统时域分析／典型环节／惯性环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。

实验停止后，移动虚拟示波器横游标到输出稳态值×0.632处，得到与输出曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到输出曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。

4.1.3 积分环节

典型积分环节模拟电路如图3-1-3所示。

t

图3-1-3 典型积分环节模拟电路

U(S)1 传递函数：G(S)?O?Ti?R0C； Ui(S)TS 单位阶跃响应：U0(t)?1t

Ti实验内容及步骤

构造模拟电路：按图3-1-3安置短路套及插孔连线。 （1） 运行、观察、记录：

选择线性系统时域分析／典型环节／积分环节，本实验用手控阶跃信号代替矩形波作为信号输入，实验前应把“手控阶跃开关”拨下，确认手控阶跃信号幅度默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行，把“手控阶跃开关”多次拨上、拨下，观察相应实验现象。积分环节输入如为0时，输出为平线，输入如不为0时，输出为斜线，斜率等于积分环节时间常数Ti。

积分环节模拟电路时间常数Ti的测量：

移动虚拟示波器两根横游标到ΔV=1V（与输入相等）处，得到与输出曲线的两个交点，再移动虚拟示波器两根纵游标到该两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti为1秒。 4.1.4 比例积分环节

典型比例积分环节模拟电路如图3-1-4所示.。

图3-1-4 典型比例积分环节模拟电路

传递函数：

G(S)?UO(S)1?K(1?)Ui(S)TiSK?R1R0Ti?R1C

单位阶跃响应：

UO(t)?K（1?1 t）T实验内容及步骤 （1） 构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及插孔连线。 （2） 运行、观察、记录：

选择线性系统时域分析／典型环节／比例积分环节，本实验用手控阶跃信号代替矩形波作为信号输入，实验前应把‘手控阶跃开关’拨下，确认手控阶跃信号幅度默认值后，点击《下载》；点击《开始》键后，实验运行，把“手控阶跃开关”多次拨上、拨下，观察相应实验现象。积分环节输入如为0时，输出为平线，输入如不为0时，输出为斜线，斜率等于积分环节时间常数Ti。

积分环节模拟电路时间常数Ti的测量：

移动虚拟示波器两根横游标到ΔV=1V（与输入相等）处，得到与输出曲线的两个交点，再移动虚拟示波器两根纵游标到该两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti为1秒。

在实验过程中“手控阶跃开关”拨下时，输出值将会下跳一个比例系数K×输入值。 4.1.5 比例-微分环节

为了便于观察比例微分的阶跃响应曲线，本实验增加了一个小惯性环节，其模拟电路如图3-1-5所示。

图3-1-5 典型比例微分环节模拟电路

比例微分环节+惯性环节的传递函数：G(S)?UO(S)?K(1?TS)

Ui(S)1??S