实验一 典型环节的时域响应
实验一 典型环节的时域响应
实 验 报 告实验项目名称： 典型环节的时域响应 同组人试验时间 实验室 指导教师1.1 实验目的1．掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握ELVIS 实验课件系统的使用方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
1.2 实验设备 PC 机一台，LECT-1101 实验课件系统，LECT-1101-01 实验板一块，双头BNC 线 两条，导线若干。
1.3 实验原理及内容下面列出了各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。
1．比例环节 （P ） (1) 方框图：见图1-1。
图1-1 比例环节方框图(2)传递函数：K s U S U i )()(0 (3) 阶跃响应： Uo(t) = K ( t ≥0 ) 其中 K = R1 / R0 (4) 模拟电路图：见图1-2。
图1-2 比例环节模拟电路图(5)实验结果R0=200 R1=100 R0=200 R1= 2002．积分环节（I ）(1) 方框图：见图1-3。
图1-3 积分环节方框图(2) 传递函数：TSs U S U i 1)()(0=(3) 阶跃响应：t Tt U 1)(0=( t ≥0 ) 其中T = R0C (4) 模拟电路图：见图1-4。
图1-4 积分环节模拟电路图(5)实验结果R0=200 C=1uF R0 =200 C=2uF 3．比例积分环节（PI ）(1) 方框图：见图1-5。
图1-5 比例积分环节方框图(2) 传递函数：K TSs U S U i +=1)()(0 (3) 阶跃响应：K t Tt U +=1)(0 ( t ≥0 ) 其中K = R1/R0 ；T = R0C (4) 模拟电路图：见图 1-6。
图1-6 比例积分环节模拟电路图 (5)实验结果R0=R1=200 C=1uF R0=R1=200 C=2uF4．惯性环节（T ）(1) 方框图：见图1-7。
典型环节的时域响应实验报告
典型环节的时域响应实验报告一、实验要求了解和掌握各典型环节的传递函数及模拟电路图，观察和分析各典型环节的响应曲线。
二、实验原理及内容:1.比例环节(P)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：其中(4) 模拟电路图图1注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了的电阻，实验中不需要再接。
以后的实验中用到的运放也如此。
2.积分环节(I)(1) 方框图：(2) 传递函数(3) 阶跃响应：其中(4)模拟电路图：图23.比例积分环节(PI) (1) 方框图：(2)传递函数：(3) 阶跃响应：其中（4）模拟电路图：图34.惯性环节(T) (1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应其中(4) 模拟电路图：图45.比例微分环节(PD)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：其中为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。
(4) 模拟电路图：图56.比例积分微分环节(PID)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：其中为单位脉冲函数，(4) 模拟电路图：图 6三、实验步骤1. 按比例环节的模拟电路图将线接好，检查无误后开启设备电源。
2. 将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。
由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。
调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。
3. 将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出U0端，观测输出端的实际响应曲线U0(t)，记录实验波形及结果。
4. 改变几组参数，重新观测结果。
5. 用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分微分环节的模拟电路图。
观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。
四、实验曲线及结论1．比例环节 (P)（1）当R0=200K，R1=100K时, 图形如下：（2）当R0=200K、R1=200K时，图形如下：结论：对于比例环节的放大系数，其影响因素为R1、R0电阻的比值，其比值越大，放大系数越大。
典型环节的时域响应实验报告
成绩：教师签名：批改时间：一、实验目的1．熟悉并掌握TD-ACC+(或TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
对比差异分析原因。
3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验设备PC机一台，TD-ACC（或TD-ACS）实验系统一套三、实验原理及内容以运算放大器为核心，由其不同的输入R-C网络和反馈R-C网络构成控制系统的各种典型环节，用数字存储示波器测量各环节的阶跃响应曲线。
下面为各环节模拟电路图。
1.比例环节(P) 传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K2.积分环节(I) 传递函数：Uo(s)/Ui(s)=1/TS3.比例积分环节(PI)传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K+1/TS成绩：教师签名：批改时间：4.惯性环节(T) 传递函数： Uo(s)/Ui(s)=K/(TS+1)5.比例微分环节(PD) 传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K[(1+TS)/(1+τS)]6.比例积分微分环节(PID) 传递函数：Uo(s)/Ui(s)=Kp+1/TiS+TdS四、实验步骤1.按所列举的比例环节的模拟电路图将线连接好，检查无误后开启设备电源。
2.将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用短路块短接，。
将开关设在方波档，分别调节调幅和调频电位器，使得“out”端输出的方波幅值为1V，周期为10S左右。
3.将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别检测模拟电路的输入Ui端和输出端Uo端，观测输出端的实际响应曲线Uo（t），记录实验波形及结果。
4.改变几组参数，重新观测结果。
5.用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节、比例积分微分环节的模拟电路图。
观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。
成绩：教师签名：批改时间：四、实验数据处理和结果分析1、比例环节 (P)当R0=200K，R1=100K时, 图形如下：（理想图）2、积分环节（I）R0=200k、C=1uF时波形如下：（理想图）3、比例积分环节（PI）(1)R0=200k 、R1=200k、C=1uF时波形如下：（理想图）电子科技大学中山学院学生实验报告4、惯性环节（T）（1）R0=200k、R1=200k、C=1uF时波形如下：（理想图）5、比例微分环节（PD）(1)R0=R2=100k,R3=10k,C=1uF,R1=100k时，波形如图：（理想图）6、比例积分微分环节（PID）（1）R2=R3=10k、R0=100k、C1=C2=1uF、R1=100k时波形如下：（理想图）电子科技大学中山学院学生实验报告。
一阶系统的时域响应实验报告
一阶系统的时域响应实验报告实验目的：通过实验观察一阶系统的时域响应情况，掌握一阶系统的传递函数及其参数对响应的影响。
实验器材：示波器、信号发生器、直流电源、一阶滤波器。
实验原理：一阶系统的传递函数为H(s)=K/(Ts+1)，其中K为系统的增益，T为系统的时间常数。
系统的单位阶跃响应为h(t)=K(1-e^(-t/T))。
实验步骤：1、按照实验电路连接图连接电路。
2、将示波器接在电路输出端，用信号发生器产生一个频率为1kHz的正弦波作为输入信号，调节直流电源，使得输入信号幅值为1V。
3、测量电路输出波形，记录幅值、峰值、频率等数据。
4、将输入信号改为单位阶跃信号，在示波器上观察并记录输出信号的响应过程，测量电路的时间常数T。
实验结果及分析：1、在实验中，我们按照传统的RC低通滤波器的电路连接方式，将滤波器动态系统搭建起来。
2、对于一个RC电路，可以证明其传递函数为H(s)=1/(RCs+1)。
因此在实验中，我们可以通过改变RC电路的$RC$值来改变系统的时间常数，并观察其对系统响应的影响。
3、实验中我们观察到，当输入信号为正弦波时，系统能够对信号进行较好的滤波，输出信号幅值与频率的比例关系为a1=f^-1。
4、当输入信号为单位阶跃信号时，我们能够观察到系统的单位阶跃响应。
在实验中，我们通过观察输出信号的时间常数，可以得到系统的时间常数T。
5、实验中，我们还观察到了系统的过渡过程。
在输入信号发生变化后，系统的输出信号不会立即改变，而是经过一段时间才能够达到稳态。
在实验中，我们通过调节系统的时间常数来观察过渡过程的变化，从而获得了对一阶系统的更深刻的认识。
实验结论：通过本实验，我们详细地了解了一阶系统的时间常数、单位阶跃响应等数学概念，同时还深入掌握了一阶系统的响应机理。
此外，我们还利用实验数据验证了一阶系统的传递函数的正确性，并进一步掌握了如何通过调节时间常数来改变系统响应的技巧。
燕山大学控制工程基础实验报告(带数据)
自动控制理论实验报告实验一典型环节的时域响应院系：班级：学号：姓名：实验一 典型环节的时域响应一、 实验目的1．掌握典型环节模拟电路的构成方法，传递函数及输出时域函数的表达式。
2．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
3．了解各项参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、 实验设备PC 机一台，TD-ACC+教学实验系统一套。
三、 实验步骤1、按图1-2比例环节的模拟电路图将线接好。
检查无误后开启设备电源。
注：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100k 电阻。
不需再接。
2、将信号源单元的“ST ”端插针与“S ”端插针用“短路块”接好。
将信号形式开关设为“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT ”端输出的方波幅值为1V ，周期为10s 左右。
3、将方波信号加至比例环节的输入端R(t)， 用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入R(t)端和输出C(t)端。
记录实验波形及结果。
4、用同样的方法分别得出积分环节、比例积分环节、惯性环节对阶跃信号的实际响应曲线。
5、再将各环节实验数据改为如下：比例环节：；，k R k R 20020010== 积分环节：；，u C k R 22000==比例环节：；，，u C k R k R 220010010=== 惯性环节：。
，u C k R R 220010=== 用同样的步骤方法重复一遍。
四、 实验原理、内容、记录曲线及分析下面列出了各典型环节的结构框图、传递函数、阶跃响应、模拟电路、记录曲线及理论分析。
1．比例环节 (1) 结构框图：图1－1 比例环节的结构框图(2) 传递函数：K S R S C =)()( KR(S)C(S)(3) 阶跃响应：C(t = K ( t ≥0 ) 其中K = R 1 / R 0 (4) 模拟电路：图1－2 比例环节的模拟电路图(5)记录曲线：(6)k R k R 20020010==，时的记录曲线：_R0=200kR1=100k_ 10K10KC(t)反相器 比例环节 R(t)(7)曲线分析：比例放大倍数K 与1R 的阻值成正比。
典型环节的时域响应自动控制理论实验报告
《自动控制理论》实验报告姓名班级学号台号日期节次成绩教师签字实验二典型系统瞬态响应和稳定性分析一、实验目的1.研究二阶系统的特征参量对过渡过程的影响。
2.研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。
3.熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。
二、实验设备PC机一台，TD-ACC+教学试验系统一套三、实验原理及内容一、典型二阶系统1、结构框图2、模拟电路3、理论分析 开环传函： )1(/)1()()(101101+=+=S T S T k S T S T k S H S G 系统的开环增益： 01/T k K =当s T 10= ，s T 1.01= ，R k /1001= ， R k T k K /100/101=== 时 系统的开环传递函数为：)11.0(/100)()(+=S S RS H S G 系统的闭环传递函数为： RS S RR S S R S H S G S G S W /100010/1000/100)11.0(/100)()(1)()(2++=++=+=系统闭环传递函数标准式为： 2222)(n n nS S S W ωξωω++= 二式比较得： R n /10002=ω 102=n ξωR n /1010=ω R/10105=ξ当R=10k 时： 5.0/10105==Rξ0 ＜ ξ ＜ 1 ， 当R=20k 时： 707.0/10105==Rξ 0 ＜ ξ ＜ 1 当R=40k 时： 1/10105==Rξ1=ξ ，当R=100k 时： 58.1/10105==Rξ ξ ＞ 12.1 R=10Kp t =0.375S, s t =1.117S ，%p σ近似为零理论值p t = 0.363S, s t = 1.0S ,%p σ=12.8% 由此可以分析，理论值与实际值接近。
R=20Kp t =0.650S, s t 无法看出，%p σ近似为零理论值p t =0.444S ，s t =0.651S ，%p σ=1% 由此分析，理论值与实际值近似相等。
MATLAB的使用与典型环节的时域特性自动控制原理实验报告
MATLAB的使用与典型环节的时域特性一. 实验目的1．MA TLAB的使用2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二．实验原理及说明典型环节的结构图及传递函数三．实验内容及步骤观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。
系统的时域特性一. 实验目的3．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响4．研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn、阻尼比ξ对过渡过程的影响。
5． 掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标σ％、t p 、t s 的计算。
6． 观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标σ％、t p 值，并与理论计算值作比对。
二．实验原理及说明典型环节的结构图及传递函数图 典型Ⅰ型二阶单位反馈闭环系统Ⅰ型二阶系统的开环传递函数：)1()(+=TS TiS K S G Ⅰ型二阶系统的闭环传递函数标准式：2222)(1)()(nn n S S S G S G s ωξωωφ++=+= 自然频率（无阻尼振荡频率）：T iT K =n ω 阻尼比：KT Ti 21=ξKS S K S S s n n n 1010102)(2222++=++=ωξωωφ 阻尼比和开环增益K 的关系式为：临界阻尼响应：ξ=1，K=2.5，欠阻尼响应：0<ξ<1 ， K=25 ξ=0.316 过阻尼响应：ξ>1， K=1.43ξ=1.32>1计算欠阻尼二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态指标σ％、t p 、t s ：（K=25、ξ=0.316、n ω=15.8）超调量 ：%1.35%100%21=⨯=--eξξπσ 峰值时间：调节时间 ：6.03==ns t ξω三．实验内容及步骤观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。
实验一 一阶系统的时域响应及参数测定
实验——阶系统的时域响应及参数测定
一、实验目的
(1)掌握典型环节模拟电路的构成方法；
(2)观察和记录一阶系统在阶跃输入作用下的输出响应，分析参数变化对典型环节动态特性的影
响；
(3)熟悉控制理论实验箱和示波器的使用方法。
二、实验仪器设备
(1)TKKL-I型控制理论实验箱一台
(2)YB4320B示波器一台
三、实验内容
一阶系统的传递函数为
Uo(S)_K
U i(s)~TS+↑
K=^T=RfU
式中用其模拟电路如图1所示。
图1惯性环节的模拟电路
从实验箱取出阶跃信号加到环节的输入端，保持K=I不变(Ri=Rf=100kC)°当设电容
C=5uf、2μf时，分别观测T=0.2秒和T=O.5秒的阶跃响应曲线。
四、实验报告要求
(1)画出一阶系统的模拟电路，说明实验仪器的名称、型号；
(2)画出实验所得阶跃响应曲线，分析参数T对动态响应的影响，检验该响应曲线是否符合一阶
系统的规律。
五、思考题
(1)惯性环节中的时间常数T,如何从记录的阶跃响应曲线上求得？将求得的值与理论值进行比较。
典型环节的时域响应实验报告
电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验1.比例环节(P) (1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：其中(4) 模拟电路图图1电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验2.积分环节(I)(1) 方框图：(2) 传递函数(3) 阶跃响应：其中(4)模拟电路图：图2电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验3.比例积分环节(PI) (1) 方框图：(2)传递函数：(3) 阶跃响应：其中（4）模拟电路图：图3电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验4.惯性环节(T) (1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应其中(4) 模拟电路图：电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验5.比例微分环节(PD)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：其中为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。
(4) 模拟电路图：图5电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验6.比例积分微分环节(PID)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：其中为单位脉冲函数，(4) 模拟电路图：图 6电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验1．比例环节(P)（1）当R0=200K，R1=100K时, 图形如下：（理想图）（2）当R0=200K、R1=200K时，图形如下：（理想图）电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验2、积分环节（I）(1)R0=200k、C=1uF时波形如下：（理想图）（2）R0=200k、C=2uF时波形如下：（理想图）结论：对于积分环节的时间常数，其影响因素为C、R0的乘积，其乘积越电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验3、比例积分环节（PI）(1)R0=200k 、R1=200k、C=1uF时波形如下：（理想图）(2)R0=200k 、R1=200k、C=2uF时波形如下：（理想图）结论：对于比例积分环节的时间常数，其影响因素为C、R0的乘积，其乘积电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验4、惯性环节（T）（1）R0=200k、R1=200k、C=1uF时波形如下：（理想图）（2）R0=200k、R1=200k、C=2uF时波形如下：（理想图）结论：对于惯性环节的时间常数，其影响因素为C、R0的乘积，其乘积越电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验5、比例微分环节（PD）（1）R0=R2=100k、R3=10k、C=1uF、R1=100k时波形如下：（理想图）（2）R0=R2=100k、R3=10k、C=1uF、R1=200k时波形如下：（理想图）电子科技大学中山学院学生实验报告学院：机电工程学院专业：自动化课程名称：自动控制原理实验6、比例积分微分环节（PID）（1）R2=R3=10k、R0=100k、C1=C2=1uF、R1=100k时波形如下：（理想图）（2）R2=R3=10k、R0=100k、C1=C2=1uF、R1=200k时波形如下：（理想图）结论：随着R1的变化，比例系数和微分时间常数会变化，在微分环节的调节。
实验一 连续系统时域响应分析实验报告
实验一 连续系统时域响应分析（硬件实验）一、实验目的1． 熟悉系统的零输入响应与零状态响应的工作原理。
2． 掌握系统的零输入响应与零状态响应特性的观察方法。
3． 观察和测量RLC 串联电路的阶跃响应与冲激响应的波形和有关参数，并研究其电路元件参数变化对响应状态的影响。
4． 掌握有关信号时域的测量方法。
二、实验内容与原理内容：1． 用示波器观察系统的零输入响应波形。
2． 用示波器观察系统的零状态响应波形。
3． 用示波器观察系统的全响应波形。
4． 用示波器观察欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态的阶跃响应波形。
5． 用示波器观察欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态的冲激响应波形 原理：1． 系统的零输入响应和零状态响应系统的响应可分解为零输入响应和零状态响应。
在图1-1中由RC 组成一阶RC 系统，电容两端有起始电压Vc(0-)，激励源为e(t)。
图1-1 一阶RC 系统则系统的响应：1()01()(0)()tt t RCRCC c V t eV e e d RC -τ=-+ττ⎰ （1-1）Re (t)上式中第一项称之为零输入响应，与输入激励无关，零输入响应(0)tRCc e V -是以初始电压值开始，以指数规律进行衰减。
第二项与起始储能无关，只与输入激励有关，被称为零状态响应。
在不同的输入信号下，电路会表征出不同的响应。
系统的零输入响应与零状态响应电路原理图如图1-2所示。
实验中为了便于示波器观察，用周期方波作为激励信号，并且使RC 电路的时间常数略小于方波信号的半周期时间。
电容的充、放电过程分别对应一阶RC 系统的零状态响应和零输入响应，通过加法器后得到系统的全响应。
图1-2 零输入响应与零状态响应电路原理图2． 系统的阶跃响应和冲激响应RLC 串联电路的阶跃响应与冲激响应电路原理图如图1-3所示，其响应有以下三种状态：1） 当电阻R >2） 当电阻R =3） 当电阻R <图1-3 阶跃响应与冲激响应原理图冲激信号是阶跃信号的导数，所以对线性时不变系统冲激响应也是阶跃响应的导数。
电路实验一阶电路的时域响应.docx
一阶电路的时域响应*研究一阶电路的时域响应。
•学会用示波器观察和分析电路的时域响应, 测量一阶电路的时间常数。
・研究积分电路和微分电路。
…实验原理h 一阶电路的时域响应一阶电路——只包含有一个储能元件电容或电感的电路。
零状态响应：一阶电路在储能元件的初始值为零的情况下, 由外施激励引起的响应称为零状态响应。
零输入响应：在电路无外施激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。
一阶电路的时域响应特性主要是由电路的时间常数T来决定的空对于一阶RC电路，时间常数T=RC ORC串联电路戢迁光电当K接至1时，零状态响应，对电容充电当K接至2时零输入响应，电容放电戢迁光电电容上电压Uc随时间变化的规律（零状态响应）为:U c =匕（1-厂）^>0t = T■■w =0.63Z/v■■t >5T■■U c ~ Ust > 5Tu电容器经电阻R 放电,应）为： tU c=U s e Tt = TUcUc随时间的变化规律（零输入响t>0 = 0.362/=02 •积分电路5772 r 3丄2 2二!丄』£当时间常数T很大C'10•彳）时，由于w c（O «W/?（O , 戲以%/?（'），u c=丄（°C Jo RC Jo可知，输出电压是输入电压的积分，输出波形近似为一个三角波，这种电路称为积分电路。
卜+ 二(i) _TLTL 如俗r/2T1 T当时间常数万很小r < —•—时，由于u c (0»u o (t), 所以比⑴，g 盹)=R. c 沁“c 沁°°dtdt可见，输岀电压是输入电压的微分，这种电路称为微分电路。
3 •微分电路T/2 IR 3T/2L实验内容1.测RC电路的时间常数g为函数发生器提供的方波信号，其峰峰值U Sp_p = IV 电阻R = 2KQ,电容C = 0.1pF,按测量7■的条件r = io? = io/?c自己确定频率/（/ = *）•用示波器双踪观察且按1: 1比例绘下％和％的波形,计算 出7"的数值，并与理论值相比较。
实验一 典型环节的时域响应
实验报告班级：通信09-4学好：0905030430姓名：赵广辉实验一典型环节的时域响应1.1 实习目的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.熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃曲线。
对比差异、分析原因。
3.了解参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
1.2 实验原理及内容1.2.1 比例环节比例环节模拟电路图如图0-1所示：图0-1 比例环节模拟电路实验参数：R0=100K，R1=200K。
传递函数：Uo/Ui=K（K=R1/R0）。
比例环节阶跃曲线如图0-2所示：图0-2 比例环节阶跃曲线1.2.2 积分环节积分环节模拟电路图如所示：图0-3 积分环节模拟电路实验参数：R0=100K，C=1μF。
传递函数：Uo/Ui=1/TS，（K=R1/R0，T=R0C）。
积分环节阶跃曲线如图0-4所示：图0-4 积分环节阶跃曲线1.2.3 比例积分环节比例积分环节模拟电路如图0-5所示：图0-5 比例积分环节实验参数：R0=R1=200K，C=1μF。
传递函数：Uo/Ui=1/TS+K，（K=R1/R0，T=R0C）。
比例积分环节阶跃曲线如图0-6所示：图0-6 比例积分环节阶跃曲线1.2.4 惯性环节惯性环节模拟电路如图0-7所示：图0-7 惯性环节模拟电路图实验参数：R0=R1=200K，C=1μF。
传递函数：Uo/Ui=K/TS+1，（K=R1/R0，T=R0C）。
惯性环节阶跃曲线如图0-7所示：图0-8 惯性环节阶跃曲线1.3 实验步骤1.按比例环节模拟电路图连接，检查无误后开启设备电源。
2.将信号源单元的“ST”端插针用“短路块”短接。
由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。
将开关分别设在“方波”档和“500ms-12s”档，调节调幅和调频电位器，似的“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。
3.将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出Uo端，观测输出端的实际影响曲线Uo（t），记录实验波形及结果。
典型环节的时域响应的实验报告参考模板
实验报告时域抽样与频域抽样一、实验目的加深理解连续时间信号离散过程中的数学概念和物理概念，掌握时域抽样定理的基本内容。
掌握有抽样序列抽样原序列信号的基本原理与实现方法，理解其工程概念。
加深理解频域离散化过程中的数学概念和物理概念，掌握频域抽样定理的基本内容。
二、实验原理离散系统在处理信号时，信号必须是离散序列。
因此，再利用计算机等离散系统分析处理连续信号时必须对信号进行离散化处理。
是与抽样定理给出了连续信号抽样过程中不失真的约束条件：对于基带信号，信号的抽样频率大于等于2倍的信号最高频率。
信号的重建是信号抽样的逆过程。
非周期信号的离散信号的频谱是连续谱。
1、信号的时域抽样与重建，2、信号的频域抽样三、实验内容1、为了观察连续信号时域抽样时抽样频率对抽样过程的影响，在【0,1】区间上以50hz的抽样频率对以下三个信号进行抽样，试画出抽样后的序列波形，并分析产生不同波形的原因，提出改进措施。
（1）x1(t)=cos(2pi*10t)（2）x2(t)=cos(2pi*50t)（3）x3(t)=cos(2pi*100t)(1)t0=0:0.001:0.1;x0=cos(2*pi*10*t0);plot(t0,x0,'r')hold onFs=50t=0:1/Fs:0.1;x=cos(2*pi*10*t);stem(t,x);hold offtitle00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1（2）t0=0:0.001:0.1;x0=cos(2*pi*50*t0);plot(t0,x0,'r')hold onFs=50;t=0:1/Fs:0.1;x=cos(2*pi*10*t);stem(t,x);hold offtitle00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1（3）t0=0:0.001:0.1;x0=cos(2*pi*100*t0);plot(t0,x0,'r')hold onFs=50;t=0:1/Fs:0.1;x=cos(2*pi*10*t);stem(t,x);hold offtitle('Á¬ÐøÐźż°Æä³éÑùÐźÅ')连续信号及其抽样信号00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.13、对连续信号X（t）=cos(4pit)进行抽样以得到离散序列并进行重建。
典型环节时域特性的仿真实验
实验报告控制工程基础实验题目：实验一典型环节时域特性的仿真实验实验二典型环节频域特性的仿真实验实验三系统稳定性分析的仿真实验实验一典型环节时域特性的仿真实验一、实验目的：1、通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，熟悉各种典型环节的响应曲线。
2、定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
3、初步了解Matlab中Simulink的使用方法。
二、实验设备：电脑三、实验内容：研究典型环节(比例、积分、微分、惯性、二阶)在阶跃输入信号及白噪声干扰信号输入的响应。
四、实验步骤：1.1 运行Matlab，在命令窗口“Command Window”下键入“Simulink”后回车，则打开相应的系统模型库；或者点击菜单上的“Simulink”图标，进入系统仿真模型库。
然后点击左上角“创建新文件图标”，打开模型编辑窗口。
1.2 调出模块在系统仿真模型库中，把要求的模块都放置在模型编辑窗口里面。
从信号源模块包(Sources)中拖出1个阶跃信号(step)和1个白噪声信号发生器(band-limited white noise) ；从输出模块包(Sinks)中拖出1个示波器(Scope)；从连续系统典型环节模块包(Continuous) 中拖出1个微分环节(Derivative)和3个传函环节从数学运算模块包(Math Operations)中拖出1个比例环节(Gain)和1个加法器(Sum) ；从信号与系统模块包(Signals Routing) 拖出1个汇流排(Mux)；所有模块都放置在模型编辑窗口里面。
1.3 模块参数设置双击打开3个传函环节(Transfer Fcn)，通过设定参数 (参照图1的数据)，分别构成积分、惯性和二阶环节；打开比例环节，设定比例增益为2；打开白噪声信号发生器，设定功率(Noise power)为0.0001，采样时间(Sample time)为0.05。
1.4 模块连接将各模块连接成如图1所示的仿真模型系统。
实验——典型环节的时域响应
实验一典型环节的时域响应一、实验要求了解和掌握各典型环节的传递函数及模拟电路图，观察和分析各典型环节的响应曲线。
二、实验原理及内容:1.比例环节(P)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：其中(4) 模拟电路图图1注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了的电阻，实验中不需要再接。
以后的实验中用到的运放也如此。
2.积分环节(I)(1) 方框图：(2) 传递函数(3) 阶跃响应：其中(4)模拟电路图：图23.比例积分环节(PI) (1) 方框图：(2)传递函数：(3) 阶跃响应：其中（4）模拟电路图：图34.惯性环节(T) (1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应其中(4) 模拟电路图：图45.比例微分环节(PD)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：其中为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。
(4) 模拟电路图：图56.比例积分微分环节(PID)(1) 方框图：(2) 传递函数：(3) 阶跃响应：其中为单位脉冲函数，(4) 模拟电路图：图6三、实验步骤1. 按比例环节的模拟电路图将线接好，检查无误后开启设备电源。
2. 将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。
由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。
调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。
3. 将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出U0端，观测输出端的实际响应曲线U0(t)，记录实验波形及结果。
4. 改变几组参数，重新观测结果。
5. 用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分微分环节的模拟电路图。
观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。
四、实验报告要求1、画出系统电路图。
实验一典型环节的时域响应
目录一、实验须知 0二、实验参考指南 (1)（一）模拟实验平台单元电路 (1)（二）虚拟仪器软件使用说明 (9)三、实验项目 (16)实验一典型环节的时域响应 (16)实验二典型系统的时域响应和稳定性分析 (22)实验三线性系统的根轨迹分析 (26)实验四线性系统的频率响应分析 (30)实验五线性系统的校正 (36)附录一对象整定的方法 (40)附录二模拟平台布局图 (41)一、实验须知1.实验中的设备、仪器、仪表都是国家财产，应该倍加爱护。
2.实验前一定做好预习，明确实验目的、内容，拟定好实验线路，操作步骤，并将这些内容写入预习报告，不写预习报告不准做实验。
3.实验准备就绪后，应该经指导老师检查无误后方可实验，不得擅自实验。
4.对于TD-ACC+系统来说，由于安装了高效开关电源，重新开启电源和上一次断开之间的时间应大于30s，因此不要过于频繁地开启设备电源。
若实验装置中有短路现象，系统电源将处于保护状态，并自动停止工作。
对于此种情况，应该立即将电源开关关闭，待短路故障排除后，重新开启电源开关就可。
5.实验中，同学之间应发扬团结、互助合作的集体主义思想，共同做好实验。
6.做完实验后，应将实验用的排线、锥线等收拾整齐，千万不要散乱地放在实验箱中，以免下次做实验引起短路。
做完实验后也应及时将箱盖合上，注意防尘，保持设备的整洁和完好。
7.实验结束后每位同学必须写出实验分析报告。
二、实验参考指南（一）模拟实验平台单元电路1.控制计算机扩展单元在做自动控制原理实验时，该单元不需要插控制计算机系统板，此时插座上各管脚没有实际意义，留作系统扩展用。
用户可根据需要选配i386EX 系统板或SST51 系统板，此时控制计算机单元的各信号线均具有实际意义，可支持基于80X86 的计算机控制技术或基于51 单片机的计算机控制技术实验教学，至于插座上的各管脚定义，在相应的系统板的用户手册中有详细的介绍。
2.信号源其原理见图2.1-1，图中画“○”的信号已以排针或锥孔引出，以下的各单元均如此。
实验一 典型环节的时域响应
一、实验目的1.熟悉并掌握TD-ACC+（或TD-ACS）设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2.熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
对比差异、分析原因。
3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验设备PC机一台，TD-ACC+（或TD-ACS）实验系统一套。
三、实验内容1、比例环节（P）（1）方框图：如图所示。
（2）传递函数：U o(S)=KU i(S)（3）阶跃响应：U o(t)=K（t≥0）其中K=R1/R0（4）模拟电路图：如图所示。
（5）实验图像及结果：实物连接图如下：（①②仅改变一个短接块）①取R0=200K；R1=100K。
理想阶跃响应曲线：实测阶跃响应曲线：②取R0=200K；R1=200K。
理想阶跃响应曲线：实测阶跃响应曲线：2、积分环节（I）（1）方框图：如图所示。
（2）传递函数：U o(S)U i(S)=1TS（3）阶跃响应：U o(t)=1Tt（t≥0）其中T=R0C （4）模拟电路图：如图所示。
（5）实验图像及结果：实物连接图如下：（①②仅改变一个短接块）①取R0=200K；C=1uF。
理想阶跃响应曲线：实测阶跃响应曲线：②取R0=200K；C=2uF。
理想阶跃响应曲线：实测阶跃响应曲线：3、比例积分环节（PI）（1）方框图：如图所示。
（2）传递函数：U o(S)U i(S)=K+1TS（3）阶跃响应：U o(t)=K+1T t（t≥0）其中K=R1R0;T=R0C（4）模拟电路图：如图所示。
R0=R1=200K；C=1uF 或2uF （5）实验图像及结果：实物连接图如下：（与R1串联的电容C需要用到辅助单元）①取R0=R1=200K；C=1uF。
理想阶跃响应曲线：实测阶跃响应曲线：②取R0=R1=200K；C=2uF。
理想阶跃响应曲线：实测阶跃响应曲线：4、惯性环节（T）（1）方框图：如图所示。
（2）传递函数：U o(S)U i(S)=KTS+1（3）阶跃响应：U o(t)=K(1−e−t/T其中K=R1R0;T=R1C（4）模拟电路图：如图所示。
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实验一 典型环节的时域响应
一、实验目的
1．熟悉并掌握自控原理实验平台的结构组成及使用方法。
2．通过实验进一步了解熟悉各典型环节的模拟电路及其特性。
3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，了解相关参数的变化对其动态特性的影响。
二、实验设备
1．自控原理实验平台 2．双踪慢扫描示波器1台 三、实验内容
1．比例（P ）环节
模拟电路（后级为反相器）与方框图分别如图1-1（1）(2)所示。
图1-1（1） 比例环节的模拟电路图 图1-1（2） 比例环节的方框图 比例环节的传递函数为
K =
⋅=20
10
R R G(s)R R
其中K=1
2R R ,这里可以取 R 1=100K ，R 2=200K ，R 0=200K 。
通过改变电路中R1、R2的阻值，可改变放大系数。
记录单位阶跃响应曲线如图如图1-1（3）所示。
（1）R 1=100K ，R 2=200K ，R 0=200K （2）R 1=100K ，R 2=50K ，R 0=200K
图1-1（3） 比例环节的单位阶跃响应曲线
参数变化对比例环节动态特性的影响：
a.当R 1=100K ，R 2=200K ，R 0=200K ，系统的输出响应达到阶跃输入函数的？倍。
1
b.当R 1=100K ，R 2=50K ，R 0=200K ，系统的输出响应达到阶跃输入函数 。
2．积分(I)环节
积分的模拟电路和方框图分别如图1-2(1)（2）所示
图1-2(1)积分环节的模拟电路图 图1-2（2）积分环节的方框图
积分环节的传递函数为
这里可以取 C=10uF,R=100K,R 0=200K 。
通过改变R 、C 的值可改变响应曲线的上升斜率。
（1）C=1uF,R=100K,R 0=100K （2）C=10uF,R=100K,R 0=100K
记录积分环节的单位阶跃响应曲线积分环节的单位阶跃响应曲线如图1-2(3)
图1-2(3)积分环节的单位阶跃响应曲线
参数变化对积分环节动态特性的影响：
a.当C=1uF,R=100K,R 0=100K 时，t 为 ？ s ，系统的输出响应达到阶跃输入函数。
b.当C=10uF,R=100K,R 0=100K 时，t 为 ？ s ，系统的输出响应达到阶跃输入函数。
3．惯性环节
惯性环节的模拟电路和方框图分别如图1-3(1)（2）所示
001
,R T RC
RCs R ==
⋅==o i u (s)1
G(s)u (s)Ts
图1-3(1)惯性环节的模拟电路图 图1-3（2）惯性环节的方框图
惯性环节的传递函数为
21111R R R CS ==+⋅=+o i u (s)K
G(s)u (s)TS 1 其中1
2R R K =
，T=R 2C ，这里可以取C=1uF,R 1=100K ，R 2=100K, R 0=200K 。
通过改变R2、R1、C 的值可改变惯性环节的放大系数K 和时间常数T 。
（1）C=1uF,R 1=100K ，R 2=100K, R 0=200K （2）C=10uF,R 1=100K ，R 2=100K, R 0=200K 记录单位阶跃响应分别如图1-3（3）所示。
图1-3(3)惯性环节的单位阶跃响应曲线
参数变化对惯性环节动态特性的影响：
a.当C=1uF, R 1=100K , R 2=100K ,R 0=200K 时，t 为 ？ s ，系统的输出响应达到阶跃输入函数95%或98%.此时调节时间t s =?(5%) t s =?(2%)
b.当C=10uF, R 1=100K, R 2=100K ,R 0=200K 时，t 为 ？ s ，系统的输出响应达到阶跃输入函数95%或98%。
t s =?(5%) t s =?(2%)
4．比例积分(PI)环节
积分环节的传递函数与方框图分别为
)CS
R 1(1R R CS
R 1R R CS
R 1CS R ui(s)
uo(s)G(s)21211
212+
=+
=+==
其模拟电路和单位阶跃响应分别如图1-4所示
.
其中1
2R R K =
，T=R 1C ，这里取C=10uF, R 1=100K ，R 2=100K ，R 0=200K 。
通过改变R2、R1、C 的值可改变比例积分环节的放大系数K 和积分时间常数T 。
图1-4 比例积分环节的模拟电路图和单位阶跃响应曲线 5．比例微分(PD)环节
比例微分环节的传递函数与方框图分别为
R1CS)(1R R TS)K(1G(s)1
2+=
+= 其中C R T ,/R R K 112==
其模拟电路和单位阶跃响应分别如图1-5所示.
图1-5 比例微分环节的模拟电路图和单位阶跃响应曲线
这里取 C=1uF, R 1=100K ，R 2=200K ，R 0=200K 。
通过改变R2、R1、C 的值可改变比例微分环节的放大系数K 和微分时间常数T 。
四、实验原理
自控系统是由比例、积分、惯性环节等按一定的关系连接而成。
熟悉这些惯性环节对阶跃输入的响应，对分析线性系统将是十分有益的。
在附录中介绍了典型环节的传递函数、理论上的阶跃响应曲线和环节的模拟电路图，以供参考。
五、实验步骤
1.熟悉实验台，利用实验台上的模拟电路单元，构建所设计 (可参考本实验附录)并各典型环节（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。
待检查电路接线无误后,接通实验台的电源总开关，并开启±5V ，±15V 直流稳压电源。
2.对相关的实验单元的运放进行调零（令运放各输入端接地，调节调零电位器，使其输出端为0V）
注意：积分、比例积分、比例积分微分实验中所用到的积分环节单元不需要锁零（令积分电容放电）时,需将锁零按钮弹开；使用锁零按扭时需要共地，只需要把信号发生器的地和电源地用导线相连。
3．测试各典型环节的阶跃响应，并研究参数的变化对输出响应的影响
将实验平台上“阶跃信号发生器”单元的输出端与相关电路的输入端相连，选择“正输出”然后按下按钮，产生一个阶跃信号(用万用表测试其输出电压,并调节电位器,使其输出电压为“1”V)，用示波器观测该电路的输入与输出曲线。
如果效果不好，需要重新做，则只要按一下锁零开关，待电容放电后，实验就可重新开始。
六、实验思考题
1．用运放模拟典型环节时，其传递函数是在什么假设条件下近似导出的？
2．积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下，惯性环节可以近似地视为积分环节？而又在什么条件下，惯性环节可以近似地视为比例环节？
3．在积分环节和惯性环节的实验中，如何根据单位阶跃响应曲线的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？。