控制工程基础实验指导书(答案)
控制工程基础_课后答案
控制工程基础习题解答第一章1-5．图1-10为张力控制系统。
当送料速度在短时间内突然变化时，试说明该控制系统的作用情况。
画出该控制系统的框图。
由图可知，通过张紧轮将张力转为角位移，通过测量角位移即可获得当前张力的大小。
当送料速度发生变化时，使系统张力发生改变，角位移相应变化，通过测量元件获得当前实际的角位移，和标准张力时角位移的给定值进行比较，得到它们的偏差。
根据偏差的大小调节电动机的转速，使偏差减小达到张力控制的目的。
框图如图所示。
1-8．图1-13为自动防空火力随动控制系统示意图及原理图。
试说明该控制系统的作用情况。
题1-5 框图电动机给定值角位移误差张力-转速位移张紧轮滚轮输送带转速测量轮测量元件角位移角位移（电压等）放大电压测量 元件>电动机角位移给定值电动机图1-10 题1-5图该系统由两个自动控制系统串联而成：跟踪控制系统和瞄准控制系统，由跟踪控制系统获得目标的方位角和仰角，经过计算机进行弹道计算后给出火炮瞄准命令作为瞄准系统的给定值，瞄准系统控制火炮的水平旋转和垂直旋转实现瞄准。
跟踪控制系统根据敏感元件的输出获得对目标的跟踪误差，由此调整视线方向，保持敏感元件的最大输出，使视线始终对准目标，实现自动跟踪的功能。
瞄准系统分别由仰角伺服控制系统和方向角伺服控制系统并联组成，根据计算机给出的火炮瞄准命令，和仰角测量装置或水平方向角测量装置获得的火炮实际方位角比较，获得瞄准误差，通过定位伺服机构调整火炮瞄准的角度，实现火炮自动瞄准的功能。
控制工程基础习题解答第二章2-2．试求下列函数的拉氏变换，假定当t<0时，f(t)=0。
(3). ()t et f t10cos 5.0-=解：()[][]()1005.05.010cos 25.0+++==-s s t e L t f L t(5). ()⎪⎭⎫⎝⎛+=35sin πt t f 图1-13 题1-8图敏感 元件定位伺服机构 （方位和仰角）计算机指挥仪目标 方向跟踪环路跟踪 误差瞄准环路火炮方向火炮瞄准命令--视线瞄准 误差伺服机构（控制绕垂直轴转动）伺服机构（控制仰角）视线敏感元件计算机指挥仪解：()[]()252355cos 235sin 2135sin 2++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=s s t t L t L t f L π2-6．试求下列函数的拉氏反变换。
控制工程基础第二章参考答案
第二章 参考答案2-1 （1） 不是 （2） 是 （3） 不是 （4） 不是 2-2 (a))()()(3)(2222t u t u dtt du RC dt t u d C R i o o o =++ (b) )()()()()()()()(2211222121222111222121t u dtt du C R C R dt t u d C C R R t u dt t du C R C R C R dt t u d C C R R i i i o o o +++=++++ (c ) )()()()()()(33221312221t u R dtt du C R R t u R R dt t du C R R R R R i i o o +=++++(d))()()()()()()()(1211222121211211222121t u dtt du C R C R dt t u d C C R R t u dt t du C R C R C R dt t u d C C R R i i i o o o +++=++++ (e))()()()()()()()(221222121211222222121t u dtt du R C C dt t u d C C R R t u dt t du C R C R C R dt t u d C C R R i i i o o o +++=++++ (f) )()()()()()()(22121221t u R dtt du L t u R R dt t du L C R R dt t u d CL R i i oo o +=++++ 2-3 (a) )]()([)()()(23213121t u R dtt du C R R t u R dt t du C R R R R i i o o +=++－(b) )()()()(4141232022213210t u R R t u R R dt t du C R R R dt t u d C C R R R R i o o o －=++ (c))]()()([)(32321t u R R dtt du C R R t u R i i o ++=－(d) )()()()()(221122212121t u dt t du C R C R dt t u d C C R R dt t du C R i i i o +++=－ (e) )()()()(2412222142t u dtt du C R C R dt t u d C C R R o o o +++ )}()(])([)({21213224223221432132t u dtt du R R C C R R C R dt t u d R R C C R R R R R R i i i +++++++=－ 2-4 (a) dt t dx f dt t dx f f dt t x d m i o o )()()()(12122=++ (b) dt t dx f k t x k k dt t dx f k k i o o )()()()(12121=++ (c) )()()()()(121t x k dt t dx f t x k k dt t dx f i i o o +=++ (d) )()()()()()(112121t x k dtt dx f t x k k dt t dx f f i i o o +=+++2-5 (a))(1)()()()(1)()()(2112212221211*********t u C C dt t du C R C R dt t u d R R t u C C dt t du C R C R C R dt t u d R R i i i o o o +++=++++ (b))()()()()()()()(2112212221211211212221t x k k dtt dx k f k f dt t x d f f t x k k dt t dx k f k f k f dt t x d f f i i i o o o +++=++++ 由(a)(b)两式可以看出两系统具有相同形式的微分方程，所以(a)和(b)是相似系统。
控制工程基础课后答案PPT精选文档
fB(t)
=
d B
[xi(t)
xo(t)]
dt
f ( t ) = f ( t ) = Kx ( t )
B
b)
10
121班 刘辉 整理
xo
xi(t)
第二章 习题解答
1
i u o = iR 2 C idt
R1
ui
i
R2 uo
e)
C
1 u2=iCR iR 1 idt
d
d
(R1 R2)C dt uo(t)uo(t) = R2C dt ui(t)ui(t)
xi
xo
K1 K2 B f)
dx K1(xi xo) = K2(xo x) = B dt
d
d
(K1 K2)B dt xo(t) K1K2xo(t) = K1B dt xi(t) K1K2xi(t)
11
121班 刘辉 整理
第二章 习题解答
2-2 试建立图示系统的运动微分方程。图中外加 力f(t)为输入，位移x2(t)为输出。
第一章 习题解答
给定 液位
给定 液位
7
121班 刘辉 整理
杠杆
阀门
浮子
a)
开关 电磁阀
浮子
b)
水箱
实际 液位
水箱
实际 液位
第二章 习题解答
2-1 试建立图示各系统的动态微分方程，并说明 这些动态方程之间有什么特点。
C ui
xi
xo
R uo
B
K
a)
b)
8
121班 刘辉 整理
第二章 习题解答
R1
xi
1
s
s
2
1
控制工程基础课后答案
控制工程基础习题解答第一章1-5．图1-10为张力控制系统。
当送料速度在短时间内突然变化时，试说明该控制系统的作用情况。
画出该控制系统的框图。
由图可知，通过张紧轮将张力转为角位移，通过测量角位移即可获得当前张力的大小。
当送料速度发生变化时，使系统张力发生改变，角位移相应变化，通过测量元件获得当前实际的角位移，和标准张力时角位移的给定值进行比较，得到它们的偏差。
根据偏差的大小调节电动机的转速，使偏差减小达到张力控制的目的。
框图如图所示。
1-8．图1-13为自动防空火力随动控制系统示意图及原理图。
试说明该控制系统的作用情况。
该系统由两个自动控制系统串联而成：跟踪控制系统和瞄准控制系统，由跟踪控制系统获得目标的方位角和仰角，经过计算机进行弹道计算后给出火炮瞄准命令作为瞄准系统的给定值，瞄准系统控制火炮的水平旋转和垂直旋转实现瞄准。
跟踪控制系统根据敏感元件的输出获得对目标的跟踪误差，由此调整视线方向，保持敏感元件的最大输出，使视线始终对准目标，实现自动跟踪的功能。
瞄准系统分别由仰角伺服控制系统和方向角伺服控制系统并联组成，根据计算机给出的火炮瞄准命令，和仰角测量装置或水平方向角测量装置获得的火炮实际方位角比较，获得瞄准误差，通过定位伺服机构调整火炮瞄准的角度，实现火炮自动瞄准的功能。
控制工程基础习题解答第二章2-2．试求下列函数的拉氏变换，假定当t<0时，f(t)=0。
(3). ()t e t f t 10cos 5.0-=解：()[][]()1005.05.010cos 25.0+++==-s s t e L t f L t(5). ()⎪⎭⎫⎝⎛+=35sin πt t f解：()[]()252355cos 235sin 2135sin 2++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=s s t t L t L t f L π2-6．试求下列函数的拉氏反变换。
(4).()()()2222522+++++=s s s s s s F解：()[]()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++=---22222225232112211s s k s k s k L s s s s s L s F L()()()22222225221-=-=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++=s s s s s s s k()()()3331331222222513223222232==-=---=-+---=++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++=--=+k k jjjjk k k js s s s s s s s j s k s k()[]()()t e e s s s L s s s s L s F L tt cos 32111322223322221211-----+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++-=(8).()522+-=s s s s F解：()[]()()t e t e s s s L s s s L s F L tt 2cos 2sin 21211212215222222111+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--++-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-=---2-13试求图2-28所示无源网络传递函数()()s U s U i 0。
控制工程基础实验指导书_2010
昆 明 理 工 大 学《控制工程基础》实验指导书编 者：郑华文 王 娴 刘 畅机 电 工 程 学 院2010年 10 月注意事项1实验前，必须认真作好实验准备，根据实验要求，设计实验方案并且进行必要的理论分析，方案经教师审核通过后才能进实验室实验。
2熟悉相关实验仪器、实验板的使用方法。
3不允许在带电的情况下插拔实验板上相关的电子元件、接线，插拔电子元件和接线等操作时必须在确认实验板断电后进行，当实验电路连接完毕并检查无误后，才可对实验板通电。
实验仪器开机预热5~10 分钟，在接入实验板前应将量程选择到合适的档位。
实验评分标准实验成绩按在实验室学生的实际操作情况和实验报告情况综合评分1）实验实作成绩评分以学生在实验室中完成实验内容、实验要求和试验结果等给出评定成绩，评定按：不及格、及格、良好、优秀2）实验报告成绩按照学生完成实验报告的要求，实验结果的分析等情况评定成绩，不及格（60以下）、及格（70）、良好（80）、优秀(90)。
实验内容实验一、主要控制环节的计算机仿真实验二、典型环节的实验分析实验三、一阶系统、二阶系统的时域和频域特性分析实验一、典型控制系统的计算机仿真一、实验目的利用Matlab软件的控制系统仿真工具包SIMULINK组成简单连续系统，构建常见典型控制环节，并进行计算机的动态仿真，观察当参数发生改变时系统在阶跃响应的时域波形。
本实验针对机械工程控制理论的实验教学要求，对典型控制环节（比例、积分、比例积分、惯性）、一阶、二阶系统在不同输入下的响应，重点是系统的阶跃响应，观察在系统参数发生改变时的阶跃响应信号的变化，得到典型环节的时域特性曲线，观察相应曲线的特征参数以便于后续实验的理论分析和实验结果对比。
二、实验要求利用MATLAB中的SIMULINK工具包对典型环节进行模拟。
使用该软件包构建的系统模块可以直观地描述系统的典型环节，用于对系统进行可视化、动态仿真，适用于连续系统和离散系统，也可用于线性系统和非线性系统。
控制工程基础课后习题答案-最权威版本111111 第三版清华大学出版社
1 s X ( s ) sx(0) x(0) 6[ sX ( s ) x(0)] 8 X ( s ) s 1 2 s X ( s ) s 6 sX ( s ) 6 8 X ( s ) s s 2 6s 1 X ( s) s ( s 2 6 s 8)
st st 0 0
0
0
L[ x(t a)] e
2 s 6 1 e s
as
X ( s)
F ( s ) L[15t (t ) 4t (t ) 6 (t ) 1(t 2)]
2-1 求解时域函数的拉氏变换
（ 7 ）考查点： 1、衰减定理（或待定系数法，或分部积分法）
2
s 2 6s 1 X (s) s ( s 2 6 s 8) 1 7 1 7 1 s6 [ 2 ] 2 s s ( s 6 s 8) s 8 s s 6 s 8 1 7 2 1 [ ] 8s 8 s 2 s 4 1 7 2t 7 4t x(t ) e e 8 4 8
L[e
at
x(t )] X ( s a)
2、正、余弦函数的拉氏变换，
f (t ) e
6 t
cos8t s6 F (s) 2 2 ( s 6) 8
s L[cos 8t ] 2 , 2 s 8
2-3 求解微分方程
时域
拉氏
S域
反拉氏
时域
考查点： 1、拉氏变换的微分定理和积分定理，注 意初值 2、整理后，在分解为标准象函数形式 3、反拉氏变换
第一章 概论
作业 1－5，1－6 要求： 分析现有的简单控制系统，并定 性地画出他们的职能方块图。 要点：1、明确输入量和输出量； 2、比较点必须是同量纲的量。
控制工程基础习题答案(2章)
第二章6.某函数拉氏变换为 F(s)=)1(1+s s ，应用终值定理求f(t)的终值，并通过对F(s)进行拉氏反变换,求出f(t),当t →∞时求出f(∞)的值,说明计算结果的正确性。
解：1）应用终值定理求解：1)1(1lim )(lim )(lim 0=+==→→∞→s s ss sF t f s s t2）求F(s)的拉氏反变换：111)(+-=s s s F []t e s F L t f ---==1)()(11)( =∞∴f两种计算方法得到的结果相同。
15．系统的方框图如图2-51所示。
求：（1）以Xi (s)为输入，而分别以Xo(s)，Y(s)，Xb(s)，E(s)为输出的闭环传递函数。
（2）以N(s)为输入，而分别以Xo (s)，Y(s)，Xb(s)，E(s) 为输出的闭环传递函数。
解：（1）a．以Xi (s)为输入，以Xo(s)为输出)()()(1)()()(2121sHsGsGsGsGsGB+=b．以Xi (s)为输入，以Y(s)为输出)()()(1)()()()(211sHsGsGsGsXsYsGiB+==c. 以Xi (s)为输入，以Xb(s)为输出)()()(1)()(2121sHsGsGsXsGibB+==)()()(11)()()(21s H s G s G s X s E s G i B +==(2)a. 以N(s)为输入，以X o (s)为输出)()()(1)()()()(212s H s G s G s G s N s X s G o B +==b. 以N(s)为输入，以Y(s)为输出)()()(1)()(2121s H s G s G s Ns G B +==c. 以N(s)为输入，以X b (s)为输出)()()(1)()()()()(212s H s G s G s H s G s N s X s G b B +==)()()(1)()()()()(212s H s G s G s H s G s N s E s G B +-==16．试简化图2-52的方框图，并求出闭环传递函数。
《控制工程基础》第二版课后习题答案
第一章习题解笞U]>U2 U\ U2第二章习题解答2-1a) b)d)f)L^f| 忙d)f\ — fl =^2X O严(f)=$(M+E ⑴虑 如(f) =iQ)RRC^-u o (t)^u o (t) = RC^-u^t) at at fs (r)=B 低[xi (f) -曲(幼 j/B (t)=fK (t) = KXo(t) B dB d 『八10602斤不％()+%©二斤击可()占dR^c —% (0+ (*i + 心)％ ⑴=邛应 ~u i (0+ R 2u t (0 atati =i R +，C u o =IR?：R R 严冃3宙 % =gR\ +u oa)=K ］（旳一兀）+」:dx o ](J?l + J?2)C —«c (!)+ %("■ R Q C — Wj(O + tti (Oat at(K[ + K2)B — x o (t)+ K\K2X o (t)= K\R 〒曲(f)+ 琦心再(f)dt at10602a) b) c) Q © f)U Q —1/?2 + — j icit— Z/?| + iR-f H —J idte)dxK\% K i (兀 _ %) = K 》(兀)—x)=号二dtoB 2+ （®K° ++ B'B? + 场*3 + 水2〃?）& 2+ （K }B 2+K }B 3 + 心汝 + KM 巴2 + K }K 2X 2 dt3J S + 2用 + 8S-丘（$ + 2）（$戈+2$十4）广、■炉+ 5,2+9用+7E （$+恥 + 2）乡一rn\fU2K 2rdx { dx 2< dt dt ；/（O™-坷罕~_叭 dtdxj … 一 —- - K?x^ = m dtdx l dx 2dt dt护d 2x 2 2~d^ k,用典2+ （的+创坷+用2创+加2*3）；?7皿乔对）13173 G($)= --------------- —(£+。
控制工程基础上机练习指导.答案
第一部分 二阶系统的阶跃响应练习一 二阶系统的matlab 仿真一、操作步骤1、启动matlab6.5.1/7.0.1，单击仿真 (simulink)按钮；2、创建一个new model 文件，然后进行以下步骤： ⑴在信号源（sources ）中，用左键将阶跃信号发生器（step ）拖到new model 内；⑵拖sinks 中示波器（scope ）到new model 内；⑶在连续系统（couninous ）内，拖传递函数（transfer F cn ）11+s 到new model 内。
⑷将step 、transfer F cn 和scope 依次连接（法一：光标变成+时，拖动使其连接；法二：单击其一，按住ctrl ，再单击一下框）。
3、各环节的设置⑴双击step ，设置其属性：step time=0；初值为0；终值为1，采样时间为0； ⑵双击系统框，可依次设置传函的分子、分母系数。
如对二阶系统654)(2++=s s s G ，可使numerater=[4];denominator=[1 5 6];⑶双击scope ，调整其大小；4、单击new model 中的运行按钮，即可从示波器中看到该二阶系统的阶跃响应（单击望远镜按钮可进行满屏显示）。
二、练习题：对典型环节二阶系统2222)(nn n s s s G ωξωω++=，分别选择下表中的参数值，观察示波器输出，分析并比较两个参数对二阶系统阶跃响应的影响（五个响应指标）。
注：系统的结构有多种表达方式（如零、极点模式等）。
对一阶系统也可进行上面的操作，但其只有一个参数。
示例：得结果如下：练习二 利用简单程序熟悉阻尼系数变化对二阶系统脉冲响应的影响一、任务：对典型二阶系统2222)(nn n s s s G ωξωω++= 1、 已知10=n ω，绘出1.0=ξ,0.4,0.7,1时；连续系统的脉冲响应曲线； 2、 绘制当采样周期1.0=s T 时，离散系统的脉冲响应曲线。
《控制工程基础》(王积伟 吴振顺)课后习题答案 高等教育出版社
作业P81-3,1-4。
1-31-4(P72)2-1，2-2。
2-1-a22,u u u u u u i c i c -==+dt du dt du c RC RC R i u i22-==dt du dt du i RC u RC =+222-1-b221Kx B B dt dx dt dx =-dt dx dt dx B Kx B 122=+2-1-c2u u u i c -=2212()(1212R C C R i i u R u R u dt du dt du R c i i -+-=+=i dt du dt du u R C R R u R R C R R i 22121221)(2+=++2-1-d22211121x K x K x K B B dt dx dt dx =-+-1122112)(x K B x K K B dt dx dt dx +=++2-1-e1211R u R u R ii -=⎰⎰⎰-+-=+=dt u dt u u u dt i R i u C R i C R R R i R R R CR 211211212111212i dt du dt du u C R u C R R i +=++22212)(⏹ (P72)2-1，2-2 2-1-fdt dy B y K X K y K x K x K x K =--=-2222222111,122121)1(x x y K K K K -+= dt dx K BK dt dx K K B x K x K K x K 121221)1()(1122122-+=-+- 111212112)(x K BK x K K K B dt dx dtdx +=++ 2-22222212121212222311311)(,)()(dt x d dtdx dtdx dtdx dt x d dtdx dtdx dtdx mBx K B mBB x K t f =---=----22322322221)(x K B B m Bdt dx dtx d dtdx +++=313222212113311)()(dt x d dt x d dt x d dtdx dtt df m B B B K=++--22222223233312222313232222322)(])([])([dt x d dtdx dt x d dt x d B B B dtdx dt x d B K dtt df B KB B m x K B B m ++++-+++-+2223213233321424321)(dt x d B K m dt x d B B B m dt x d B m m ++=+222323424][)(12323121213212312121dt x d dt x d dt x d K m B B B B B B K m B m B m B m B m m m +++++++++dt t df dtdx B x K K B B K B B K )(32213213122)]()([=+++++⏹ （P72）2-3:-2)、-4)、-6)；2-4:-2)。
控制工程基础实验指导书
2. 惯性环节的模拟电路如图 1-2
3. 积分环节的模拟电路如图 1-3
控制工 程 基础 实 验
5
4. 微分环节的模拟电路如图 1-4
5. 比例+微分环节的模拟电路如图 1-5
五、实验步骤 1.连接被测典型环节模拟电路及 D/A、A/D 连线，检查无误后接通电源。 2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信 正常后才可以继续进行实验。 3.在桌面双击图标 [自动控制模拟实验系统] 运行软件。设定采样周期 T 和采样电数 N 的值（计算机默认亦可）。在采样时，先点击开始采样菜单，然后打开阶跃开关，进 行采样。 比例环节 4.连接被测量典型环节的模拟电路(图 1-1)。电路的输入 U1 接 A/D、D/A 卡的 DA1 输出 ， 电路的输出 U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1 输入。检查无误后接通电源。 5.在实验项目的下拉列表中选择实验一[一、典型环节及其阶跃响应] 。 6.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。 7.记录波形及数据（由实验报告确定）。 惯性环节 8.连接被测量典型环节的模拟电路(图 1-2)。电路的输入 U1 接 A/D、D/A 卡的 DA1 输出 ， 电路的输出 U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1 输入。检查无误后接通电源。 9.实验步骤同 5～7 积分环节 10.连接被测量典型环节的模拟电路(图 1-3)。电路的输入 U1 接 A/D、D/A 卡的 DA1 输 出，电路的输出 U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1 输入，将积分电容两端连在模拟开关上。 检查无误后接通电源。 11.实验步骤同 5～7
出，电路的输出 U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1 输入。检查无误后接通电源。 15.实验步骤同 5～7 16. 测量系统的阶跃响应曲线，并记录数据。 六、实验报告 1．画出比例环节、积分环节 、惯性环节 、微分环节 、比例加微 分环节的模 拟电路图， 用坐标纸画出所记录的比例环节、积分环节、微分环节、比例加微分环节的理论曲线及 实验响应曲线，加以比较，分析原因。 2．观测计算机屏幕示出的响应曲线及数据。 3. 记录波形及图形。
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中国石油大学年春隸）远程教育学院 页脚内容 控制工程基础实验指导书
自控原理实验室编印 中国石油大学年春隸）远程教育学院
页脚内容 （内部教材）中国石油大学年春隸）远程教育学院
页脚内容 （以下为实验报告正文） 、实验目的 简述本实验要达到的目的。目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、 综合型、创新型）。
二、实验仪器设备 列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。 三、实验内容 简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。 四、实验步骤 简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。 五、实验结果
实验项目名称: （所属课程:
院系: 专业班级: 姓名: 学号: 实验日期: 实验地点: 合作者: 指导教师:
本实验项目成绩: 教师签字: 日期: 中国石油大学年春隸）远程教育学院
页脚内容 给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进 行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。
六、讨论 分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什 么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。
七、参考文献 列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资 料。
格式如下 作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码中国石油大学年春隸）远程教育学院
页脚内容 实验一控制系统典型环节的模拟 、实验目的 、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法; 、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性; 、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。 二、实验仪器 、控制理论电子模拟实验箱一台; 、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 、数字万用表一只;中国石油大学年鳏）远程教育学院 页脚内容 、各种长度联接导线。 三、实验原理
运放反馈连接 基于图中 点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图
由上式可以求得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。 、比例环节 实验模拟电路见图 所示
Ui
Ri U
o
接示波器
以运算放大器为核心元件，由其不同的 输入网络和反馈网络组成的各种典型环 节，如图 所示。图中 和 为复数阻抗，它们都是 构成。 Z2
Z1 Ui ,— Uo
接示波器
得: 中国石油大学年鳏）远程教育学院
页脚内容 比例环节
G(s) R K 阶跃输入信号: 实验参数:
、惯性环节 实验模拟电路见图 所示
Ui
Ri
匚
R2
Uo
接示波器
传递函数：G(s)
Z
Z2
R2/ /cs
R2
PCS
R1
图 惯性环节 RU 1 RJ R2CS 1 K
TS 1 中国石油大学年鳏）远程教育学院 页脚内容 阶跃输入: 实验参数:
、积分环节 实验模拟电路见图 所示
积分环节 Uo
接示波器
传递函数：G(s)
Z2
乙
lCs 1 RCS 1
TS
阶跃输入信号: 实验参数:
、比例微分环节 中国石油大学年鳏）远程教育学院
页脚内容 图 比例微分环节
、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节; 、按照给定的实验参数，利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试，观察并记
实验模拟电路见图 所示 R2
Uo
接示波器
传递函数: G(S)
Z2
乙 R
2 制
(RiCS 1) K(TDS 1)
其中D
R2
Ri
阶跃输入信号: 实验参数:
四、实验内容与步骤 、分别画出比例、惯性、 积分、比例微分环节的电子电路; 中国石油大学年春隸）远程教育学院 录其单位阶跃响应波形。 五、实验报告 、画出四种典型环节的实验电路图，并标明相应的参数; 、画出各典型环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响; 、写出实验心得体会。 六、实验思考题 、用运放模拟典型环节时，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出? （运算放大器开环放大倍数 很大，运算放大器输入阻抗很高） 、积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下， 惯性环节可以近似为积分环 节？在什么条件下，又可以视为比例环节?
瞬态输出以指数规律变化。而积分环节，当输入为单位阶跃信号时，输出为输入对时 当 趋于无穷大时，惯性环节可以近似地视为积分环节，当 趋于时，惯性环节可以 近似地视为比例环节。）
、如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数? （积分环节的时间常数 由输出曲线斜率的倒数确定，惯性环节的时间常数 页脚内容
（惯性环节的特点是，当输入 作阶跃变化时，输出 不能立刻达到稳态值, 间的积分，输出 随时间呈直线增长。
等于曲线 中国石油大学年春隸）远程教育学院
页脚内容 实验二 二阶系统的瞬态响应分析 一、实验目的 、熟悉二阶模拟系统的组成。 、研究二阶系统分别工作在 位阶跃响应。
整时间 。 、研究系统在不同 值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。
二、实验仪器 、控制理论电子模拟实验箱一台; 、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 、数字万用表一只; 、各种长度联接导线。 三、实验原理
上升到稳态值的 时的时间） 三种状态下的单 、分析增益对二阶系统单位阶跃响应的超调量 、峰值时间 和调
、学会使用 软件来仿真二阶系统，并观察结果。 中国石油大学年鳏)远程教育学院
页脚内容 图 为二阶系统的原理方框图，图 为其模拟电路图，它是由惯性环节、积 分环节和反号器组成，图中 二阶系统原理框图
由图 求得二阶系统的闭环传递函 而二阶系统标准传递函数为 2 n G( S)= ----------- T
」S2 +2 nS+ 2n
对比式⑴和式(2),得
JT2/4T1K
UO(S) K 2 TT2S2 T2S K S2
K/TT2
TiS K/TT2
(1)
若令 Ti 0.2S , T2 0.5S , J则 n V10K JO.625 K。调节开环增益值，不仅能改变 中国石油大学年春隸）远程教育学院 如图 为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。 系统无阻尼自然振荡频率3 和 的值，可以得到过阻尼 、临界阻尼（ 和欠阻尼（ ）三种情况下的阶跃响应曲线。
()当 ，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为:
Uo (t) 1 t /! 2 -y^e nsin( dt tg 1 —)⑶
式中 d
或 2 .图2-3为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线
时的阶跃响应曲线 nt ()当 时,
,系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为: 中国石油大学年鳏)远程教育学院
页脚内容 时的阶跃响应曲线 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。 四、实验内容与步骤 G（S）= 0.5S（0.2S + 1）
、根据图 ，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为:
、用三角波或输入为单位正阶跃信号积分器的输出作为二阶系统的斜坡输入信 号。
、观察并记录在不同 值时，系统跟踪斜坡信号时的稳态误差。 五、实验报告
间坐标轴。
()当 时,
,系统工作在过阻尼状态，它的单位阶跃响应曲线和临界
、令 ，在示波器上观察不同 ）时的单位 阶跃响应的波形，并由实验求得相应的C 和 的值。
、调节开环增益，使二阶系统的阻尼比 力2 0.707，观察并记录此时的单位 阶跃响应波形和C 和 的值。
、画出二阶系统在不同值（ ）下的条瞬态响应曲线，并注明时