典型环节的电路模拟
自动控制原理实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真
实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱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.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；2.PC 机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 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；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1.比例（P ）环节 图1-1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 ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
图1-22.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：TsS U S U s G i O 1)()()(==设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
图1-33.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：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
自动控制原理实验一典型环节的电路模拟及软件仿真
实验一典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱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.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；2.PC 机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 三、实验容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；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比拟。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的构造及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1.比例〔P 〕环节图1-1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 ==)()()( 当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
图1-22.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：TsS U S U s G i O 1)()()(==设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
图1-33.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：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
实验一--典型环节的电路模拟
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=。
典型环节的电路模拟与数字仿真研究
实验一典型环节的电路模拟与数字仿真研究一实验目的：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．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和数字仿真研究方法二、实验内容1．设计各种典型环节的模拟电路2．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
3．运行所编制的程序，完成典型环节阶跃特性的数字仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。
三、实验步骤1．熟悉实验设备，设计并连接各种典型环节（如：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；2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响；3．调用上位机上的软件仿真程序，完成各典型环节阶跃特性的数字仿真研究，并与电路模拟测试的结果作比较。
100K R =，1212T CR R =+， 实验参数取R 0＝10k ，R 1＝10k ，R 2＝10k ，R 3＝200，C ＝1uF ， R=10k 。
实验二典型系统动态性能和稳定性分析的电路模拟与数字仿真研究一、实验目的1．学习和掌握动态性能指标的测试方法。
2．研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。
二、实验内容1．观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
2．观测三阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
三、实验步骤1．熟悉实验设备，设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路；2．利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间；3．改变该二阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响。
4．设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路；阶系统的模拟电路如图2.2.2所示：系统特征方程为321220200s s s K +++=，根据劳斯判据得到： 系统稳定 0<K<12 系统临界稳定 K=12 系统不稳定 K>12根据K 求取Rx ，改变Rx 即可实现三种类型的实验。
自动控制原理实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真
实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱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.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；2.PC 机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 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；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1.比例（P ）环节 图1-1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 ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
图1-22.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：TsS U S U s G i O 1)()()(==设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
图1-33.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：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
典型环节的电路模拟
典型环节的电路模拟————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：装 订线实验报告课程名称：_________控制理论（甲）实验_______指导老师：_____ ____成绩：__________________ 实验名称：_________典型环节的电路模拟______实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 二、实验原理 三、实验接线图 四、实验设备 五、实验步骤 六、实验数据记录 七、实验数据分析 八、实验结果或结论一、实验目的1．熟悉THBDC-2型 控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-2”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、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
要对系统的设计和分析，必须熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，原理图如左图 图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1. 积分环节（I ）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：设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系 数为T 时的响应曲线如右图所示。
2. 比例微分环节（PD ）比例微分环节的传递函数与方框图分别为：)1()1()(112CS R R R TS K s G +=+= 其中C R T R R K D 112,/==设U i (S)为一单位阶跃信号，右图示出了比例系数(K)为2、微分系数为T D 时PD 的输出响应曲线。
专业：__TsS U S U s G i O 1)()()(==实验名称： 典型环节的电路模拟 姓名：装 订线 3. 惯性环节惯性环节的传递函数与方框图分别为：1)()()(+==TS KS U S U s G i O当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为1、时间常数为T 时响应曲线如右图所示。
作业-典型环节的电路模拟实验-自动控制原理-深圳大学
深圳大学实验报告课程名称：自动控制原理实验项目名称：典型环节的电路模拟实验学院：机电专业：自动化指导教师：报告人：学号：班级：实验时间：实验报告提交时间：教务部制实验一典型环节的电路模拟实验一、实验目的1.学习构成典型线性环节的模拟电路。
2.研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。
3.学习典型线性环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。
4.二、实验内容1.完成比例环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
2.完成积分环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
3.完成比例积分环节电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
4.完成比例微分环节电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
5.完成惯性环节电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
6.完成比例积分微分环节电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
7.三、实验仪器1.ZY17AutoC12BB自动控制原理实验箱。
2.双踪低频慢扫示波器。
3.数字万用表。
4.四、实验原理1.比例环节下载后图可变大图1.1.2图1.1.1`比例环节的阶跃响应图比例环节的传递函数为：()()K s U s U I O =。
比例环节的方块图、阶跃响应及模拟电路图分别如图1.1.1、图1.1.2和图1.1.3所示。
其中012R R R K +=，试验参数取R 2=200K ，R 1=100K ，R 0=100K ，R=10K 或100K 。
2. 积分环节积分环节的传递函数为：()()TSs U s U I O 1=。
积分环节的方块图、阶跃响应及模拟电路图分别如图1.2.1、图 1.2.2和图1.2.3所示。
其中()110C R R T +=，试验参数取R 0=100K 可调，R 1=100K ，C 1=1uF ，R=10K 或100K 。
图1.2.2图1.2.1` 积分环节的阶跃响应图图1.1.33. 比例积分环节比例积分环节的传递函数为：()()TSK s U s U I O 1+=比例积分环节的方块图、阶跃响应及模拟电路图分别如图1.3.1、图1.3.2和图1.3.3所示。
典型环节的电路模拟与软件仿真研究实验结论
典型环节的电路模拟与软件仿真研究实验结论本研究实验以典型环节的电路模拟与软件仿真为研究对象，通过理论推导与实验验证的方式，得出以下结论：
1.钳位电路是一种常用的电路保护装置，可以在控制电压范围内保护电路不被过压或过流损坏。
2.比例积分控制器在控制系统中具有广泛应用，能够实现稳态误差为零的控制效果，并能够对系统的超调量和响应速度进行调节。
3.串联型PID控制器在控制系统中也有着重要的应用，其控制效果优于传统的比例积分控制器，能够更加精确地控制系统的稳态误差和动态响应性能。
4.在软件仿真实验中，利用MATLAB/Simulink软件可以方便快捷地进行电路模拟和控制系统仿真，有效提高了研究效率和准确性。
综上所述，本研究实验对典型环节的电路模拟和控制系统仿真进行了深入研究，得到了有价值的结论，为相关领域的研究提供了参考和借鉴。
- 1 -。
典型环节的电路模拟实验报告
典型环节的电路模拟实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过电路模拟实验，加深对典型环节电路的理解，掌握电路模拟实验的基本方法和技巧，提高实验操作能力和实验数据处理能力。
二、实验仪器与设备。
1. 电源，直流稳压电源。
2. 示波器，数字示波器。
3. 信号发生器，正弦波信号发生器。
4. 万用表，数字万用表。
5. 电阻箱，标准电阻箱。
6. 电容箱，标准电容箱。
7. 电感箱，标准电感箱。
8. 电路板，实验用电路板。
9. 直流电桥，数字直流电桥。
三、实验内容。
1. 一阶低通滤波器。
搭建一阶低通滤波器电路，利用示波器观察输入输出信号波形，测量幅频特性曲线。
2. 二阶低通滤波器。
搭建二阶低通滤波器电路，观察输入输出信号波形，测量幅频特性曲线。
3. 非线性电路。
搭建非线性电路，观察输入输出信号波形，研究非线性电路的特性。
四、实验步骤与方法。
1. 按照实验要求，搭建电路并连接好各种仪器设备。
2. 调节电源输出电压和信号频率，使其符合实验要求。
3. 利用示波器观察输入输出信号波形，记录数据。
4. 利用万用表测量电路中各元件的电压、电流值。
5. 对实验数据进行处理和分析，绘制幅频特性曲线和特性曲线。
五、实验结果与分析。
1. 一阶低通滤波器实验结果显示，随着频率的增加，输出信号的幅值逐渐减小，符合一阶低通滤波器的特性。
2. 二阶低通滤波器实验结果显示，在一定频率范围内，输出信号的幅值随频率的增加而减小，超过一定频率后，输出信号幅值急剧下降，呈现出二阶低通滤波器的特性。
3. 非线性电路实验结果显示，输入信号的幅值较小时，输出信号基本与输入信号一致；当输入信号幅值较大时，输出信号出现明显的失真现象，符合非线性电路的特性。
六、实验总结。
通过本次实验，我对典型环节电路的特性有了更深入的了解，掌握了电路模拟实验的基本方法和技巧，提高了实验操作能力和实验数据处理能力。
同时，也加深了对电路原理的理解，为今后的学习打下了坚实的基础。
七、存在的问题与改进意见。
实验一 典型环节的电路模拟
实验一典型环节的电路模拟一、实验目的1. 熟悉THBDC-1型控制理论·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)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB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；四、实验原理及其步骤自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成。
实验准备：①当u i为一单位阶跃信号时，用上位软件观测，选择“通道1-2”，其中通道AD1接电路的输出u O；通道AD2接电路的输入u。
i②为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数(一般调至刻度2以上)和“”按钮(时基自动)。
③如采集卡不能正常采集数据，请更新USB数据采集卡驱动。
具体操作步骤：右击“我的电脑”，点击“管理”-“设备管理器”-“通用串行总线控制器”，找到“UsbCard Device”，右击-“卸载”，确定。
卸载后再次点击“计算机管理”菜单中的“操作”-选择“扫描检测硬件改动”，打开硬件安装向导，选择“从列表或指定位置安装（高级）”，点击“下一步”，点击“浏览”，驱动在D盘THBDC软件文件夹中，选择安装即可。
④实验电路中如使用到电容时，每次试验中需要利用“锁零按钮”对电容进行放电复位处理。
⑤输入阶跃信号幅值调节在±2V 以内。
1. 比例（P ）环节根据比例环节，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，如图1-1所示。
典型环节的电路模拟
东南大学能环学院实验报告课程名称：热工过程自动控制原理第一次实验实验名称:典型环节的电路模拟院（系）：专业：热能与动力工程姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：目录一、实验目的 (3)二、实验设备 (3)三、实验原理 (3)四、实验步骤 (6)五、实验记录 (8)六、实验总结 (12)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、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1、比例（P ）环节图1-1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：当U i (s )输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
2、积分（I ）环节图1-2 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： TsS U S U s G i O 1)()()(==设U i (s )为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
图1-33、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设U i (s )为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数K 为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
典型环节的电模拟及阶跃响应分析
典型环节的电模拟及阶跃响应分析在电力系统中，典型环节电模拟及阶跃响应分析是一项重要的工作，能够为系统的设计、分析和优化提供有力的支持。
以下将对典型环节的电模拟及阶跃响应分析进行详细的介绍。
典型环节的电模拟是对电力系统中的各种元件或子系统进行建模和仿真，以实现对系统的快速分析和性能预测。
在电力系统中，常见的典型环节包括电压源、电流源、电阻、电感和电容等。
这些典型环节可以组成各种不同的电路，如简单的R、L、C电路、RC滤波器、LC谐振电路等。
在电模拟中，首先需要确定系统的输入和输出，将其分别定义为函数或信号。
常见的输入信号有正弦波、方波、脉冲信号等，而输出信号则可以是电压或电流等。
为了进行模拟计算，需要使用电路方程、基尔霍夫定律、欧姆定律等基本原理进行建模。
根据电路的特性和连接方式，可以利用电路分析方法，如节点分析、等效电路法、工具箱法等，求解电路的参数和状态。
在典型环节的电模拟过程中，我们可以通过仿真软件进行计算，如MATLAB、PSPICE等。
这些软件提供了丰富的电路元件库、仿真环境和分析工具，方便进行复杂电路的建模和仿真。
通过电模拟，我们可以得到电路的幅频特性、相频特性、传递函数等信息，为系统的分析和设计提供依据。
阶跃响应是对典型环节的动态特性进行分析的一种方法。
在实际应用中，常常需要对系统进行刺激以观察其响应，比如输入一个阶跃信号，即突然改变输入的大小。
阶跃信号的定义是单位信号，从负无穷到正无穷的瞬间突变。
通过观察系统对阶跃信号的响应，可以了解系统的时间特性、稳态误差、稳定性等信息。
阶跃响应分析通常包括以下步骤：首先，通过电路分析方法得到系统的传递函数。
传递函数可以描述输入和输出之间的关系，是系统的重要特性之一、然后，根据传递函数的形式，可以利用计算工具或仿真软件求解系统的阶跃响应。
在MATLAB中，可以使用step函数来计算，该函数可以输入系统的传递函数，并返回系统对阶跃信号的响应。
最后，根据得到的阶跃响应曲线，可以分析系统的重要性能指标，如超调量、上升时间、峰值时间等。
自动控制原理实验一典型环节的电路模拟与软件仿真
实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱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、实验设备型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 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；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1.比例（P ）环节 图1-1 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 ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
图1-22.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：TsS U S U s G i O 1)()()(==设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
图1-33.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：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
实验报告典型环节的电路模拟
东南大学能源与环境学院实验报告课程名称：自动控制原理实验名称：典型环节的电路模拟院（系）：能源与环境学院专业：热能与动力工程姓名：李鹏学号：03009414实验室：自动控制实验室实验组别：同组人员：陈兴实验时间：2011年10 月14日评定成绩：审阅教师：目录一．实验目的 (3)二．实验设备 (3)三．实验内容 (3)四．实验曲线 (3)五．实验原理 (5)六．实验结论 (7)七．实验思考题 (7)典型环节的电路模拟（实验报告）姓名:李鹏学号:03009414 班级:030094实验指导老师：__________________ 成绩：____________________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；四、实验数据或曲线图1 实验曲线对应参数如下：1.1 1.22.1 2.23.1 3.24.1 4.25.1 5.2五、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1. 比例（P ）环节 图1-1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 ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
自动控制原理实验一典型环节的电路模拟教(学)案软件仿真设计
实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱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.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；2.PC 机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)；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；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1.比例（P ）环节 图1-1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 ==)()()( 当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
图1-22.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：TsS U S U s G i O 1)()()(== 设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
图1-33.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：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+== 其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
典型环节的电路模拟与软件仿真研究实验报告
典型环节的电路模拟与软件仿真研究实验报告本实验旨在通过电路模拟和软件仿真的方法，研究典型环节的工作原理和特性。
具体内容包括以下部分：
1. 直流电源的模拟与仿真：通过搭建简单的直流电路，模拟和仿真直流电源的工作原理和特性，包括电压、电流、功率等参数的变化规律，以及电路中各组件的作用和影响。
2. 信号放大器的模拟与仿真：通过搭建信号放大器电路，模拟和仿真信号放大器的放大倍数、带宽、噪声等参数的特性，以及电路中各组件的作用和影响。
3. 滤波器的模拟与仿真：通过搭建低通、高通、带通和带阻滤波器电路，模拟和仿真滤波器的截止频率、通带和阻带等参数的特性，以及电路中各组件的作用和影响。
4. 模拟信号的采集与处理：通过搭建模拟信号的采集电路，模拟和仿真模拟信号的采集、放大、滤波和数字化等过程，以及信号处理中各组件的作用和影响。
通过以上实验内容的学习和实践，可以深入理解电路的工作原理和特性，掌握电路模拟和软件仿真的方法，为电路设计和应用提供基础支持和技术保障。
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典型环节的电路模拟
一、实验目的1．熟悉THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-1”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。
4．观测二阶系统的阻尼比分别在0<?<1，? =1和?>1三种情况下的单位阶跃响应曲线；二、实验环境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“THBDC-1”软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线。
三、实验报告要求1．画出各典型环节的实验电路图，并注明参数。
2．写出各典型环节的传递函数。
3．根据测得的典型环节单位阶跃响应曲线，分析参数变化对动态特性的影响。
4．画出二阶系统线性定常系统的实验电路，并写出闭环传递函数，表明电路中的各参数；5．根据测得系统的单位阶跃响应曲线，分析开环增益K 和时间常数T 对系统的动态性能的影响。
四、实验内容及分析1．比例（P ）环节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，当u i 为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测并记录相应K 值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
参数：一图比例系数K=1时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K 。
二图比例系数K=2时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=200K 。
传递函数：K S U S U S G i O ==)()()(结论：如上图所示当K 值改变为2倍时，输出量也跳跃为原来的2倍，最后稳定时还是一样输出值等于原来的2倍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(U12、U6)设计并组建相应的模拟电路，当u i 为单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测并记录相应T 值时的输出响应曲线，并与理论值进行比较。
参数：R0=200K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)；积分时间常数T=时，电路中的参数取：R=100K，C=1uF(T=RC=100K×1uF=；结论：随着RC的改变，积分时间常数，且积分时间常数越小，输出值线性变化越快。
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实验报告课程名称：_________控制理论（甲）实验_______指导老师：_____ ____成绩：__________________ 实验名称：_________典型环节的电路模拟______实验类型：________________同组学生：__________ 一、实验目的 二、实验原理 三、实验接线图 四、实验设备 五、实验步骤 六、实验数据记录 七、实验数据分析 八、实验结果或结论一、实验目的1．熟悉THBDC-2型 控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-2”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、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
要对系统的设计和分析，必须熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，原理图如左图 图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1. 积分环节（I ）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：设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系 数为T 时的响应曲线如右图所示。
2. 比例微分环节（PD ）比例微分环节的传递函数与方框图分别为：)1()1()(112CS R R R TS K s G +=+= 其中C R T R R K D 112,/==设U i (S)为一单位阶跃信号，右图示出了比例系数(K)为2、微分系数为T D 时PD 的输出响应曲线。
专业： __TsS U S U s G i O 1)()()(==3.惯性环节惯性环节的传递函数与方框图分别为：1)()()(+==TSKSUSUsGiO当U i(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为1、时间常数为T时响应曲线如右图所示。
三．实验设备1．THBDC-2型控制理论·计算机控制技术实验平台；2．PC机一台(含“THBDC-2”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。
四．实验步骤1．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(U12、U6)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R0=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=0.1S时，电路中的参数取：R=100K，C=1uF(T=RC=100K×1uF=0.1)；当u i为单位阶跃信号时，用“THBDC-2”软件观测并记录相应T值时的输出响应曲线，并与理论值进行比较。
（注：由于实验电路中有积分环节，实验前一定要用“锁零单元”对积分电容进行锁零。
）2．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(U12、U6)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=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1，T=R1C=100K×1uF=0.1S)；-++RCu i-++R0R0u若比例系数K=1、微分时间常数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=1S)；当u i 为一单位阶跃信号时，用“THBDC-2”软件观测(选择“通道3-4”，其道AD3接电路的输出u O ；通道AD4接电路的输入u i )并记录不同K 及T 值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
注：在本实验中“THBDC-2”软件的采集频率设置为150K ，采样通道最好选择“通道3-4(有跟随器，带负载能力较强)”3．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(U12、U6)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R 0=200K 。
若比例系数K=1、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 2C=100K ×10uF=1)。
若比例系数K=1、时间常数T=0.1S 时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=1uF(K= R 2/ R 1=1，T=R 2C=100K ×1uF=0.1)。
通过改变R 2、R 1、C 的值可改变惯性环节的放大系数K 和时间常数T 。
当u i 为一单位阶跃信号时，用“THBDC-2”软件观测并记录不同K 及T 值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
五． 实验结果与分析1. 积分环节通过计算可得传递函数：s 1)()()(RC s R s C s G ==,又可得 t RC u u i o1=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)；-++RCu i-++R 0R 0u o理论得t t u t u i o ⋅=)()(，)(11t u i ⋅= 理论输出应为)(1t t u o ⋅= 实际输出： 直线段斜率为141410=-，与理论值相符。
● 若积分时间常数T=0.1S 时，电路中的参数取：R=100K ，C=1uF(T=RC=100K ×1uF=0.1)；理论得t t u t u i o 10)()(⋅=，)(110t u i ⋅= 理论输出应为)(110t t u o ⋅= 实际输出： 直线段斜率为106.16.210=-，与理论值相符。
可以得出结论：增大R 或C ，T 增大，积分时间变长； 减小R 或C ，T 减小，积分时间变短。
2. 比例微分环节通过计算可得传递函数：CsR R R s R s C s G 212)()()(+==，s s R 1)(=● 比例系数K=1、微分时间常数T=0.1S 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=0.1S) 由：C R sR R s U O 2121)(+⋅=计算得到：)(1.01）（u o t t δ+=右图为放大图● 比例系数K=1、微分时间常数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=1S)，则有：)(1）（u o t t δ+=，实验结果如图6-4所示。
计算得到：)(11）（u o t t δ•+=三． 惯性环节通过计算可得传递函数：121/2)()()(+==CS R R R S U S U s G i O● 若比例系数K=1、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 2C=100K×10uF=1)。
计算得U0(t)=1-e−t●若比例系数K=1、时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1，T=R2C=100K×1uF=0.1)。
计算得U0(t)=1-e−10t因为数据的精度原因，不能定量得检验函数的准确性，只能肉眼观察惯性特性。
但是可以发现U0从0~饱和的时间差图1Δt1为4.6-1.6=4s图2Δt2为3.05-2.65=0.4sΔt2=0.1Δt1，符合理论要求瞬态输出以指数规律变化.当电容C值改变时，会改变输出的上升速度，C越大，上升速度越慢。
七．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？答：●虚短虚断。
●运放的输入输出满足零初始条件。
●忽略了输入输出阻抗的影响，即默认输入阻抗为无穷，输出阻抗为02．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？答：惯性环节的特点是：当输入x(t)作阶跃变化时,输出y(t)不能立刻达到稳态值,瞬态输出以指数规律变化.积分环节的特点：当输入为单位阶跃信号时,输出为输入对时间的积分,输出y(t)随时间呈直线增长.当t趋于无穷大时,惯性环节可以近似地视为积分环节；当t趋于0时,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？答：对积分环节，积分时间常数T的数值等于输出信号变化到与输入信号的阶跃变化量相等时所经过的一段时间。
在单位阶跃响应曲线上就能确定；对惯性环节，时间常数T就是当输入信号为阶跃函数时，输出信号以起始速度变化到最后平衡值所需的时间。
从单位阶跃响应曲线的起始点做切线与最后平衡值相交，则起始点到此交点所经历的时间就是惯性环节的时间常数T。
4．为什么实验中实际曲线与理论曲线有一定误差？答：原因如下●器件的精度误差●单位阶跃响应的器件抖动严重●数值检测设备的精度误差●传递函数是在理想条件下推导出来，实际情况中理想条件不存在5．为什么PD实验在稳定状态时曲线有小围的振荡？答：因为PD环节中存在微分环节，而微分环节对偏差敏感。
输入的信号有噪声，并不是平直光滑的，所以，经过微分后，使得偏差放大，会出现小围振荡。