实验一--典型环节的电路模拟
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自动控制原理实验报告
院（系）：能源与环境学院
专业：热能与动力工程
姓名：周宇盛学号： 03010130 同组人员：王琪耀马晓飞
实验时间： 2012 年 10 月 23 日
实验名称：典型环节的电路模拟
一、实验目的
1. 熟悉THBDC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用；
2. 熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；
3. 测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验设备
1. THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台；
2. PC机一台(含上位机软件)、数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、采接卡接口线；
三、实验内容
1. 设计并组建各典型环节的模拟电路；
2. 测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；
一、各典型环节电路图
1. 比例（P ）环节
根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。
若比例系数K=1时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K 。 若比例系数K=2时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=200K 。
2. 积分（I ）环节
根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。
若积分时间常数T=1S 时，电路中的参数取：R=100K ，C=10uF(T=RC=100K ×10uF=1)； 若积分时间常数T=时，电路中的参数取：R=100K ，C=1uF(T=RC=100K ×1uF=；
3. 比例积分(PI)环节
根据比例积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。
若取比例系数K=1、积分时间常数T=1S 时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=10uF(K= R 2/ R 1=1,T=R 1C=100K ×10uF=1)；
若取比例系数K=1、积分时间常数T=时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=1uF(K= R 2/ R 1=1,T=R 1C=100K ×1uF=。
-+
+
R 1
R 2u i
-+
+
R 0
R 0
u o
-+
+
R
C
u i
-+
+
R 0
R 0
u o
4. 比例微分(PD)环节
根据比例微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建其模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
若比例系数K=1、微分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K×10uF=1S)；
若比例系数K=、微分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=200K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=,T=R1C=100K×10uF=1S)；
5. 惯性环节
根据惯性环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建其相应的模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
若比例系数K=1、时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×10uF=1)。
若比例系数K=1、时间常数T=2S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=200K，C=10uF(K= R2/ R1=2,T=R2C=200K×10uF=2)。
二、各典型环节传递函数
1. 比例（P ）环节
比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。它的传递函数与方框图分别为：
K
S U S U S G i O ==
)
()
()(
2. 积分（I ）环节
积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为：
3. 比例积分(PI)环节
比例积分环节的传递函数与方框图分别为：
其中T=R 2C ，K=R 2/R 1
4. 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：
)1()1()(11
2
CS R R R TS K s G +=
+= 其中C R T R R K D 112,/==
5. 惯性环节
惯性环节的传递函数与方框图分别为：
Ts
S U S U s G i O 1
)()()(=
=
)11(11)()()(21211212CS
R R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==
1
)()()(+=
=
TS K
S U S U s G i O
三、典型环节单位阶跃相应曲线
1.比例环节
参数变化对动态特性的影响：K=R2/R1，比例系数K值增大，使输出的值与输入的值的关系发生变化，参数1组图像上可以看出输入与输出是1：1的关系，而参数2组中变成1：2。
2.积分环节