自控实验一 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。
自动控制实验-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．通过对典型环节的软件仿真研究，熟悉并掌握ACES 软件的使用方法。
3．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，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。
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。
3．运行ACES 软件中的软件仿真功能，完成各典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与模拟电路观测的结果作比较。
三．实验步骤在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器，也可选用本实验台上的虚拟示波器。
如果选用虚拟示波器，只要运行ACES 程序，选择菜单列表中的相应实验项目，再选择开始实验，就会打开虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验台上的虚拟示波器CH1、CH2两通道观察被测波形。
具体用法参见用户手册中的示波器部分。
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、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2。
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（1） 设置阶跃信号源：A ．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V ”；B ．将阶跃信号区的“0～5V ”端子与实验电路A1的“IN13”端子相连接；C ．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V ”端子产生阶跃信号。
（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“IN23”端子相连接；B ．按照图1-1-1选择拨动开关：K=1时：将A1的S6、S13拨至开的位置，将A2的S7、S11拨至开的位置； K=0.5时：将A1的S6、S14拨至开的位置，将A2的S7、S11拨至开的位置。
（3） 连接虚拟示波器：将实验电路A2的“OUT2”与示波器通道CH1相连接。
自动控制原理实验报告集典型环节的电路模拟与软件仿真研究
验证性实验实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究一、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，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。
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．利用上位机界面上的软件仿真功能，完成各典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟测试的结果作比较。
三、实验步骤1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接各种典型环节（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。
注意实验前必须先将实验箱断电，再接线。
接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。
在输入阶跃信号时，除比例环节运放可不锁零（G可接-15V）也可锁零外，其余环节都需要考虑运放锁零。
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。
在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。
为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。
仍以比例环节为例，此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A通道的输出端），将Uo连到实验箱 U3单元的I1（A/D通道的输入端），将运放的锁零G连到实验箱 U3单元的G1（与O1同步），并连好U3单元至上位机的并口通信线。
接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。
界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”选择“通道O1＃”，“采样通道X”选择“通道I1＃”，“采样通道Y”选择“不采集”。
②进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的提示（在界面正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则请求指导教师帮助。
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=。
自控实验一 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THKKL-6型 控制理论及计算机控制技术实验箱及“THKKL-6”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．THKKL-6型 控制理论及计算机控制技术实验箱； 2．PC 机一台(含“THKKL-6”软件)； 3．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十分有益。
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。
图1-1 典型环节的原理框图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：()()()O i U S G S K U S ==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1-2 比例环节的响应曲线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：()1()()O i U S G s U S Ts ==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1-3 积分环节的响应曲线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：22211112()111()(1)()O i U S R CS R R G s U S R CS R R CS R R CS +===+=+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。
最新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(1)
实验一 典型环节的电路模拟一、实验目的1．熟悉THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱及“THKKL-5”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．THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱；2．PC 机一台(含“THKKL-5”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十分有益。
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。
图1-1 它的传递函数与方框图分别为：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：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。
TsS U S Us G i O1)()()(==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 CSR R R CSR 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。
自动控制理论实验典型环节电路模拟
自动控制理论实验控制理论实验平台及典型环节的模拟电路一实验目的1：了解THBDC—1控制理论实验平台的硬件组成和软件使用。
2：掌握典型环节的电路模拟。
3：测量各典型环节的阶跃响应曲线，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.USB数据采集卡.37针通信线1根.16芯数据排线等。
三实验内容1：比例环节根据比例环节的方框图，设计并组建相应的模拟电路，图中后一个单元为反相器，R0=200K,传递函数：G(s)=Uo（s）/Ui（s）=K。
当比例系数K=1时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K。
实验结果如下图：当比例系数K=2时，因为K=R2/R1，所以R2=200K，R1=100K，结果如下：比例系数K=4时，R2=200K，R1=51K，结果如下：结果分析：随着K的增加，系统的终值是输入信号的K倍。
2：积分环节根据积分环节的方框图，如下，设计并组建模拟电路图中后一个单元为反相器，R0=200K，G(s)=Uo（s）/Ui（s）=1/Ts。
当积分时间常数T=1S时，R=100K，C=10uF，实验结果如下：当T=0.1时，因为T=RC，所以R=100K，C=1uF，结果如下：当T=0.5时，R=51K，C=10uF，结果如图：3：比例积分环节根据比例积分环节的方框图设计并组建模拟电路，图中后一个单元为反相器，R0=200K,G(s)=K(1+1/Ts)。
比例系数K=1，积分时间常数T=1S时，其中R1=100K，R2=100K，C=10uF，实验结果如下：当比例系数K=1，积分时间常数T=0.1S时，R1.R2不变，C=1uF，实验结果如下：4：比例微分环节根据比例微分环节的图设计并组建模拟电路图中后一个单元为反相器，R0=200K,G(s)=K(1+ts)。
当比例系数K=1，微分时间常数T=0.1时，R1=100K，R2=100K，C=1uF，实验结果如下：当比例系数K=1，微分时间常数T=1S时，R1.R2不变，C=10uF，实验结果如下：5：比例积分微分环节根据比例积分微分环节方框图设计并组建模拟电路图中后一个单元为反相器，R0=200K，G(s)=K(1+ts+1/Ts)。
控制实验报告一典型电路环节的电路模拟与软件仿真研究
实验一：典型电路环节的电路模拟与软件仿真研究实验目的熟悉各环节的传递函数与其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。
实验内容1.设计个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.在上位机界面上，填入各个环节的实际传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件特性仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。
实验过程及分析1.比例环节的阶跃响应U°(s)= K =R2/R1 (实验时K=2)比例环节的传递函数为：U(S)实验现象:宜件(E)崭密叵I 毫寿凹 ISA® ZStD 豈面⑪韶口删帮韭凹□曰p 第| B |亀氓◎勧® ' 01 E9目| ■口单检阶腹相应232.62422218 1.50.1 02 0.3 0.4 0.5 0.& 0? 0.8 0.9Time (seconds)说明：黄色为输出信号，绿色为输入。
可知传递函数=K=2改变两电阻的比值，增益变化典型积分环节模拟电路如图所示，积分环节的传递函数为: 理想传递函数曲线如图：Figure 12. 创 p=;=oU °(S)_ 1U i (s) TS思4 DODO10 3CA R 3U2[0K XI £1U o (s) 实验现象:U i (s)K丄TS 理想传递函数曲线:实验现象: 说明：实验数据是在 C=1uF 时取得。
可知传递函数曲线是一条以 1/T 为斜率的曲线。
当 C=2uF 时，周期变大，斜率下降。
3.比例积分环节的阶跃响应L T F丈件（B 精旧 査看3 插人CD 工貝CD 宴面CO ） SDOfifl 稔飾（HJStep Response2D015 20 25 lime (sec&nd$}KJ Figure 1盘件旧 *®(E) SSM ISA (Il TSm 車而⑪老口 QM 揺酣QD□ d! d B 区)飞甥冷咚諾•居□匡I ■ □St 即 Res(>oflse2 D 0 0 05 0 1 Time (seconds) 实验说明：实验数据在 C=1uF 下取得，此时的K=1.所以实验图像是一条起点在(0,1),斜率为1/T 的直线。
自控实验报告-典型环节的电模拟及阶跃响应分析
精品文档附：实验一实验一 典型环节的电模拟及阶跃响应分析一、 实验目的1. 学习典型环节的电模拟方法及参数测试方法；2. 观察典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响；3. 学习虚拟仪器（低频示波器）的使用方法；4. 学习使用MATLAB 中SIMULINK 的使用，进行时域法分析；5. 了解虚拟实验的使用方法；二、 实验设备及仪器1． 模拟试验箱2． 抵频信号发生器3． 虚拟仪器（低频示波器） 4． 计算机5．MATLAB 仿真软件三、 实验准备实验准备：（1）检查线。
检查试验中所要用的连接线以及阶跃信号是否存在问题。
将连接线的一头插在+5V 的阶跃信号上上，另一头接在LED 显示灯上。
按下脉冲信号，若灯亮，则表示线是完好的，并且阶跃信号也是好的。
反之，此线不可在实验中使用。
（2）检查测量电阻。
把万用表跳到电阻档，依次检查试验中要用到的不同值电阻。
若与试验所要求的值差别太大，做上标记，不在实验中使用。
完好的电阻打上“√”。
（3）检查运算放大器。
将脉冲信号之后接一个390K 电阻，然后接放大器，反向端进入，然后用万用表依次测量放大器输入端和输出端是否为+1V 和-1V,若为此结果，则表示放大器完好。
（4）检查电路板上是否有虚焊点的存在。
四、 实验内容1. 惯性环节（一阶系统）：G(s)=1K TS +, K=21R R , T=2R C •电路图如图所示：DCA1R1R0R2Cr(t)c(t)从输入端加入阶跃信号a.令K=1，观察T=1s,2s时的波形，记录ts计算元件的设定参数：令K=1，即R1=R2=100K;当T=1s时，C=2TR=1100=10u当T=1s时，C=2TR=2100=20u即K=1，T=1s时，R1=R2=100K，C= =10uK=1，T=2s时，R1=R2=100K，C= =20u数据记录： K=1T R2 C ts K 1s 100K 10u 4.16 s 1 2s 100K 20u 8.32 s 1b. 保持T=1s 不变，分别观察K=1、2时的输出波形，并作记录ts 。
实验一控制系统典型环节的模拟
实验一 控制系统典型环节的模拟1．实验目的1) 掌握常用控制系统典型环节的电子电路实现方法。
2) 测试典型环节的阶跃响应曲线。
3) 了解典型环节中参数变化对输出动态性能的影响。
2．实验仪器1) TKKL —1实验箱一台 2) 超低频示波器一台，万用表 3) MATLAB 软件，计算机。
3．实验原理控制系统的典型环节数学模型如表1-1所示。
表1-1：典型环节的方块图及传递函数 典型环节名称 方 块 图传递函数 比例 （P ）K )s (U )s (Uo i = 积分 （I ）TS1)s (U )s (Uo i =比例积分 （PI ）TS1K )s (U )s (Uo i += 比例微分 （PD ）)TS 1(K )s (U )s (Uo i += 惯性环节 （T ）1TS K)s (U )s (Uo i +=比例积分 微分（PID ）S T ST 1Kp )s (U )s (Uo d i i ++=以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。
图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R 、C 构成。
基于图中A 点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：图1-1 运放的反馈连接121)(Z Zu u s G o -=-=（1） 由上式可求得由下列模拟电路组成典型环节的传递函数及单位阶跃响应。
以下省略反相放大中的“-”号。
(1) 比例环节21/)(R R s G =图1-2 比例环节记录实验所用元件参数、绘制单位阶跃响应曲线（至少记录两组），并进行分析。
(a) .,21Ω=Ω=R R(b) .,21Ω=Ω=R R (2) 惯性环节 1111//)(2121212+=+⋅===Ts K Cs R R R R Cs R Z Z s G （2） 式中 122/,R R K C R T ==。
图1-3 惯性环节记录实验所用元件参数、绘制阶跃响应曲线（至少记录两组），并进行分析。
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。
自控实验1：典型环节的电路模拟
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：谭强学号：03009224实验时间：2011 年10 月26日评定成绩：审阅教师：一、画出各典型环节的实验电路图，并注明参数。
1.比例（P）环节图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
若比例系数K=1时，电路中的参数取：R1=100K , R2=100K；若比例系数K=2时，电路中的参数取：R1=100K , R2=200K。
2.积分（I）环节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）。
3.比例积分（PI）环节图中后一个单元为反相器，其中R0=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：R1=100K,R2=100K，C=10uF（K=R2/R1=1，T=R1C=100K*10uF=1S）；若取比例系数K=1，积分时间常数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）。
4.比例微分(PD)环节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=0.5S、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=0.5,T=R1C=100K*10uF=1S)。
5.惯性环节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、 写出各典型环节的传递函数和方框图 1. 比例（P ）环节 KS U S US G i O==)()()(2. 积分（I ）环节3. 比例积分（PI ）环节4. 比例微分（PD ）环节)1()1()(112CS R R R TS K s G +=+= 其中CR T R R K D 112,/==5. 惯性环节TsS U S U s G i O 1)()()(==)11(11)()()(21211212CSR R R CSR R R CSR CS R S U S U s G i O +=+=+==1)()()(+==TS K S U S U s G iO三, 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1.比例环节：（1）若比例系数K=1时，电路中的参数取：R1=100K , R2=100K：（2）若比例系数K=2时，电路中的参数取：R1=100K , R2=200K分析：由于是比例环节，参数的变化对于动态特性没有影响。
自动控制基本知识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。
自控典型环节的电路模拟
自控典型环节的电路模拟
随着现代工业技术的发展和对自动控制系统的高度关注，自控典型环节电路模拟是实现控制工程师的杰出表现的重要方法。
模拟自控典型环节的电路需要各种复杂的装置，可以结合系统的特定要求进行更复杂的模拟和控制。
首先，让我们来看看开关控制电路的模拟环节。
这种电路使用开关来控制不同种类的信号，包括电流、电压等。
因此，在开关控制电路中，需要实现电路中的信号源和负载间的开关控制，以实现信号源和负载之间的分离控制。
用于模拟开关控制电路的元器件包括开关、继电器、控制电路和I / O端口等。
其次，对于增量环节电路的模拟，用于模拟的元器件包括比较器、继电器、可调电阻等。
比较器可以检测两个输入信号之间的偏差，并根据偏差的大小，控制相应的继电器。
继电器的动作则可以用来实现增量控制，通过结合可调电阻，可以实现控制量的可调节。
此外，用于模拟滤波电路环节的元器件包括电容器、继电器、变频器和变压器等。
电容器可以用于实现电路中信号源和负载之间的延迟，从而实现反应的缓冲。
继电器的动作可以用于实现信号时钟的控制，从而实现对信号的滤波处理。
变频器和变压器则可以用于滤波器的调节，以确保滤波器输出信号的质量。
总之，模拟自控典型环节的电路需要很多复杂的装置，包括开关、继电器、比较器、变频器、变压器、光耦合器以及可调电阻等元器件。
按照特定系统的要求，对这些元器件进行综合运用，就可以实现电路模拟的完美操作，以帮助工程师实现更多的设计成就。
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实验一 典型环节的电路模拟
一、实验目的
1．熟悉THKKL-6型 控制理论及计算机控制技术实验箱及“THKKL-6”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．THKKL-6型 控制理论及计算机控制技术实验箱； 2．PC 机一台(含“THKKL-6”软件)； 3．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
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十分有益。
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。
图1-1 典型环节的原理框图
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：
()
()()
O i U S G S K U S =
=
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1-2 比例环节的响应曲线
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：
()1()()O i U S G s U S Ts ==
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1-3 积分环节的响应曲线
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：
22211112()111()(1)()O i U S R CS R R G s U S R CS R R CS R R CS +===+=+
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。
图1-4 比例积分环节的响应曲线
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：
2
11
()(1)(1)R G s K TS R CS R =+=+ 其中211/,K R R T R C ==
设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-5示出了比例系数(K)为2、微分系数为T 时PD 的输出响应曲线。
图1-5 比例微分环节的响应曲线
5．比例积分微分(PID)环节
比例积分微分(PID)环节的传递函数与方框图分别为：
1
()D I G s Kp T S T S =++
其中1122
12
R C R C Kp R C +=
，12I T R C =，21D T R C =
221112(1)(1)
R C S R C S R C S
++=
22
112112121
R C R C R C S R C R C S
+=++ 设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-6示出了比例系数(K)为1、微分系数为T D 、积分系数为T I 时PID 的输出。
图1-6 PID 环节的响应曲线
6．惯性环节
惯性环节的传递函数与方框图分别为：
()()()1
O i U S K
G s U S TS =
=
+ 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 时响应曲线如图1-7所示。
图1-7 惯性环节的响应曲线
五、实验步骤【完成表一内容】
1．比例（P ）环节
根据比例环节的方框图，选择实验箱上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如图1-8所示。
图1-8 比例环节的模拟电路
图中后一个单元为反相器，其中R 0=200k 。
注：① 实验中注意“锁零按钮”和“阶跃按键”的使用，实验时应先弹出“锁零按钮”，然
后按下“阶跃按键”，具体请参考第一部分“硬件的组成及使用”相关部分； ② 为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的时间轴刻度，以下实验相同。
2．积分（I ）环节
根据积分环节的方框图，选择实验箱上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如图1-9所示。
图1-9 积分环节的模拟电路
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。
3．比例积分(PI)环节
根据比例积分环节的方框图，选择实验箱上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如图1-10所示。
图1-10 比例积分环节的模拟电路
注：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。
4．比例微分(PD)环节
根据比例微分环节的方框图，选择实验箱上的通用电路单元设计并组建其模拟电路，如图1-11所示。
图1-11 比例微分环节的模拟电路
5．比例积分微分(PID)环节
根据比例积分微分环节的方框图，选择实验箱上的通用电路单元设计并组建其相应的模拟电路，如图1-12所示。
图1-12 比例积分微分环节的模拟电路
当u i为一单位阶跃信号时，用“THKKL-6”软件观测并记录不同K、T I、T D值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
6．惯性环节
根据惯性环节的方框图，选择实验箱上的通用电路单元设计并组建其相应的模拟电路，如图1-13所示。
图1-13 惯性环节的模拟电路参照上述原理内容与实验电路图，完成表一：
表一：
典型环节传递函数参数
与模拟电路参
数关系
单位阶跃响
应
实测阶跃响应曲线
比例
电路图图1-8K=2
1
R
R
μo(t)=K
R0=
200K
R1=
100K
R2=
100K
R2=
200K
积分I
电路图图1-9T=RC
μo(t)
=t
T
1
R0=
200K
R=
100K
C=
1μF
C=
10uF
比例积分PI 电路图图1-10K=2
1
R
R
T=R
2
C
μo(t)
=K+t
T
1
R0=
200K
R1=
100K
R2=
100K
C=
1uF
C=
10uF
比例微分PD电路图图1-11K=2
1
R
R
T=
1
R C
G(S)=
K(1+TS)
Ro=
200K
R1=
100K
R2=
100K
C=
1uF
C=
10uF
比例积分微分PID电路
图
图1-12
1122
12
R C R C
Kp
R C
+
=
12
I
T R C
=
21
D
T R C
=
()
1
D
I
G s
Kp T S
T S
=
++
Ro=
200K
R1=
100K
R2=
100K
C1=
1μF
C2=
1uF
C2=
10uF
说明：1.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。
2.为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的时间轴刻度。
当u i为一单位阶跃信号时，用“THKKL-6”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。
7．根据实验时存储的波形及记录的实验数据完成实验报告。
六、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。
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？
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？
4．为什么实验中实际曲线与理论曲线有一定误差？
5．为什么PD实验在稳定状态时曲线有小范围的振荡？。