实验1-典型环节的模拟研究

实验一 典型环节的模拟研究

一．实验目的

1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握自动控制综合实验台的使用方法。

2．了解并掌握各典型环节的传递函数及其特性，观察和分析各典型环节的响应曲线，掌握电路模拟研究方法。

二．实验内容

1．搭建各种典型环节的模拟电路，观测并记录各种典型环节的阶跃响应曲线。 2．调节模拟电路参数，研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。

三．实验步骤

在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器。

1．观察比例环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：

阶跃信号、示波器、实验电路A1、实验电路A2。 注： a.掌握示波器的使用、标定和测量。 b.搭建阶跃信号的电路，用示波器观察波形。 c.了解运算放大器的引脚定义。

典型比例环节模拟电路如图1-1-1所示，比例环节的传递函数为：

0()

()

i U s K U s

图1-1-1典型比例环节模拟电路

实验步骤：

（1） 设置阶跃信号源：

A ．将阶跃信号区的“0～1V ”端子与实验电路A1的“Ui ”端子相连接

B ．按压阶跃信号开关按钮就可以在“0～1V ”端子产生阶跃信号。 C. 用示波器通道CH2观察。

（2） 搭建典型比例环节模拟电路：

A ．将实验电路A1的“OUT1”端子与实验电路A2的“IN ”端子相连接；

B ．按照图1-1-1拨动阶跃信号开关按钮：

（3） 连接示波器：

将实验电路A2的“Uo ”与示波器通道CH1相连接。

（4） 输入阶跃信号，通过示波器观测输出阶跃响应曲线并进行记录。

2．观察积分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：

阶跃信号、示波器、实验电路A1、实验电路A2。

典型积分环节模拟电路如图1-1-2所示，积分环节的传递函数为：

0()1

()i U s U s TS

=

图1-1-2典型积分环节模拟电路

同上1实验步骤

3．观察比例积分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：

阶跃信号、示波器、实验电路A3、实验电路A5。

典型比例积分环节模拟电路如图1-1-3所示，比例积分环节的传递函数为：

0()1

()i U s K U s TS

=+

图1-1-3典型比例积分环节模拟电路

同上1实验步骤

4．观察微分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：

阶跃信号、示波器、实验电路A1、实验电路A2。

典型微分环节模拟电路如图1-1-4所示，微分环节的传递函数为：

0()

()

i U s TS U s =

图1-1-4典型微分环节模拟电路

同上1实验步骤

5．观察比例微分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：

阶跃信号、示波器、实验电路A3、实验电路A2。

典型比例微分环节模拟电路如图1-1-5所示，比例微分环节的传递函数为：

0()

(1)()

i U s K TS U s =+

图1-1-5（a ）典型比例微分环节模拟电路

图1-1-5（b ）典型比例微分环节模拟电路

同上1实验步骤

6．观察比例微分积分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：

阶跃信号、示波器、实验电路A3、实验电路A2。

典型比例微分积分环节模拟电路如图1-1-6所示，比例微分积分环节的传递函数为：

0()1

()p d i i U S K T S U S T S

=++

图1-1-6（a ）典型比例微分积分环节模拟电路

图1-1-6（b ）典型比例微分积分环节模拟电路

同上1实验步骤；

7．观察惯性环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：

阶跃信号、示波器、实验电路A1、实验电路A2。

典型惯性环节模拟电路如图1-1-7所示，惯性环节的传递函数为：

0()()1

i U s K

U s TS =

+

图1-1-7典型惯性环节模拟电路

同上1实验步骤；

8．观察二阶振荡环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：

阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3。

典型二阶振荡环节模拟电路如图1-1-8所示，二阶振荡环节的传递函数为：

2

02

2

()()2n i n n

U s U s S S ωξωω=++

图1-1-8典型二阶振荡环节模拟电路

同上1实验步骤；

四．实验结果

绘出各种典型环节理想的和实测的阶跃响应曲线