自控中的各种环节
自动控制原理结构图
x5 = a25 x2 + a45 x4
a32
a43
a44
x1
a12 x2
a23
a34
x3
a45 x4
x5
a24
a25
41
自动控制原理结构图
2.信号流图的基本元素 (1) 节点：用来表示变量，用符号“ O ”表示，并在
近旁标出所代表的变量。
2-5 典型环节及其传递函数
1.比例环节
（杠杆，齿轮系，电位器，变压器等）
运动方程式 c(t) = K r(t)
K
传递函数
G(s) = K
1
C(s) = G(s) R(s) = K/s
c(t) = K1(t)
可见，当输入量r(t)=1(t)时，输出量c(t)成比例变化0 。
自动控制原理结构图
c(t) r(t)
－
+
流入量Q 水箱
h
7
自动控制原理结构图
A
4.微分环节 微分方程式为：c(t) T dr(t)
dt
传递函数为： G(s)=Ts
1 r(t)
单位阶跃响应：C(s)Ts 1 T
s
0
t
c(t) = T(t)
c(t)
由于阶跃信号在时刻t = 0有一跃变，
T
其他时刻均不变化，所以微分环节对
阶跃输入的响应只在t = 0时刻产生一
12
nt s
i ndt()
式中，β=cos－1 。响应曲线是按指数衰减振荡的，故称
振荡环节。
j
s1
jd
n
c(t) 1
n
0
t 0 s2
11
自动控制原理结构图
自动控制原理72 典型非线性环节及其对系统的影响
典型非线性环节
2、检测电平时的射极耦合触发器或运放组成的电平 检测器等比较电路也具有继电特性：如逻辑无环
流调速系统。 五、变放大系数特性：
y
k1 x,
k2 x,
x c x c
特点：大误差e（t）
时具有大的k→系统
响应迅速，小误差e(t)
时具有小的k→系统响应
典型非线性环节
平稳，减少甚至消除超调量 %,若系统中混入高
2、特点：使系统产生稳态误差（测量元件尤为明 显），执行机构的死区可能造成运动系统的低 速不均匀，甚至使随动系统不能准确跟踪目标。
3、用途：有时人为的引入死区，可消除高频的小幅 度振荡。
4、多个元件均存在死区时，系统总的死区可进行折 算（见下页图）
死区特性（续）
R
k1c1
-
比较
k2c2
放大
k3c3
频小振幅噪声信号时，可抑制掉。
y
六、带死区的饱和特性：
1、测量元件：其最大测量
B
范围与最小测量范围都
nc c
为有限幅时。
0 c nc x
2、枢控直流电动机的转速n：
ua 达到一定值时，才有n，
B
当ua uN 时，n nnom不再增加.
典型非线性环节
★注意：尽管各种复杂非线性特性可以看作是各种 典型非线性特性的组合，但决不能将各个典型非 线性环节的响应相加作为复杂非线性系统的响应， 因为他们不能用迭加原理。非线性的存在使系统 变的复杂，没有统一的方法用来处理所有的非线 性系统，实用中采用线性化处理，能用小偏差法 的在第二章已讲述，其他可用谐波线性化方法— 描述函数法近似研究非线性系统。
度饱和情况下甚至使系统丧失闭环控制作用。 3、用途：认为地利用饱和特性做限幅，限制某些物
控制系统的典型环节
登录注册主页关于我们控制理论教学制冷机仿真热工设备仿真论坛博客联系我们您当前的位置：主页> 控制理论教学> 控制理论教程> 第二章> 2.3习题演练控制系统实验控制理论教程学生作业档案教师办公室典型作业展示常见问题第一章自动控制的基本概念第二章控制系统的数学描述第三章控制系统的时域分析第四章控制系统的频域分析第五章过程控制2.3 控制系统的典型环节2.3 控制系统的典型环节自动控制系统是由不同功能的元件构成的。
从物理结构上看，控制系统的类型很多，相互之间差别很大，似乎没有共同之处。
在对控制系统进行分析研究时，我们更强调系统的动态特性。
具有相同动态特性或者说具有相同传递函数的所有不同物理结构，不同工作原理的元器件，我们都认为是同一环节。
所以，环节是按动态特性对控制系统各部分进行分类的。
应用环节的概念，从物理结构上千差万别的控制系统中，我们就发现，他们都是有为数不多的某些环节组成的。
这些环节成为典型环节或基本环节。
经典控制理论中，常见的典型环节有以下六种。
2.3.1 比例环节比例环节是最常见、最简单的一种环节。
比例环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)之间满足下列关系(2.24)比例环节的传递函数为(2.25)式中K为放大系数或增益。
杠杆、齿轮变速器、电子放大器等在一定条件下都可以看作比例环节。
例10 图2.10 是一个集成运算放大电路，输入电压为，输出电压为，为输入电阻，为反馈电阻。
我们现在求取这个电路的传递函数。
解从电子线路的知识我们知道这是一个比例环节，其输入电压与输出电压的关系是(2.26)按传递函数的定义，可以得到(2.27)式中，可见这是一个比例环节。
如果我们给比例环节输入一个阶跃信号，他的输出同样也是一个阶跃信号。
阶跃信号是这样一种函数(2.28)式中为常量。
当时，称阶跃信号为单位阶跃信号。
阶跃输入下比例环节的输出如图2.11 所示。
比例环节将原信号放大了K倍。
自动控制原理典型环节
自动控制原理典型环节自动控制原理是现代工业控制系统的核心，涉及到多种典型环节。
下面将详细介绍几个典型的自动控制原理环节。
1. 比例控制环节比例控制是最简单的一种自动控制方式，它通过调整输出信号与输入信号之间的比例关系来实现对被控对象的控制。
在比例控制中，输出信号与输入信号之间存在一个比例系数Kp，该系数可以根据被控对象的特性进行调整。
当输入信号变化时，输出信号也会相应地发生变化，从而实现对被控对象的调节。
2. 积分控制环节积分控制是一种具有良好稳定性和抗干扰能力的自动控制方式。
在积分控制中，输出信号与时间积分后的误差信号之间存在一个积分系数Ki。
当被控对象存在静态误差时，积分作用可以消除这种误差，并且能够快速响应外部扰动。
3. 微分控制环节微分控制是一种能够有效抑制瞬时干扰和快速响应变化的自动控制方式。
在微分控制中，输出信号与误差信号的微分值之间存在一个微分系数Kd。
当被控对象存在瞬时干扰时，微分作用可以快速响应并抑制这种干扰。
4. PID控制环节PID控制是一种综合了比例、积分和微分控制的自动控制方式。
在PID 控制中，输出信号与比例、积分和微分三个环节的加权和之间存在一个PID系数。
通过调整PID系数，可以实现对被控对象的快速响应、稳定性和抗干扰能力等多方面的要求。
5. 开环控制环节开环控制是一种不考虑反馈信息的自动控制方式。
在开环控制中，输入信号直接作用于被控对象，输出信号不受反馈信息的影响。
开环控制具有简单、高效、低成本等优点，但也容易受到外界干扰和系统参数变化等因素的影响。
6. 闭环控制环节闭环控制是一种基于反馈信息进行自动调节的自动控制方式。
在闭环控制中，输出信号经过传感器测量后与输入信号进行比较，并根据误差信号进行调整。
闭环控制具有良好的稳定性和抗干扰能力，但也存在响应速度较慢、成本较高等缺点。
综上所述，自动控制原理涉及到多种典型的控制环节，每种环节都有其特点和适用范围。
在实际应用中，需要根据被控对象的特性和要求选择合适的控制方式，并进行相应的参数调整和优化。
自动控制系统主要有哪些环节组成
1.自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。
b控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。
c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
d被控对象：控制装备所控制的生产设备。
2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置；被控变量：工艺上希望保持稳定的变量；操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。
给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值；干扰变量：造成被控变量波动的变量。
3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化）5.自动控制系统的基本要求：稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件快速性：反应系统在控制过程中的性能准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。
提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。
6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。
7.自动系统的控过渡过程及其形式控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程，等幅振荡过程，发散振荡过程8.衰减振荡过渡过程的性能指标衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。
（以新稳态值为标准计算）最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。
调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述10.描述对象特性的参数放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
自动控制原理部分重点
自动控制原理重点第一章自动控制系统的基本概念第二节闭环控制系统的基本组成1、基本组成结构方块图如图所示2、基本元部件：（1）控制对象：进行控制的设备或过程。
（工作机械）（2）执行机构：执行机构直接作用于控制对象。
（电动机）（3）检测装置：用来检测被控量，并将其转换成与给定量相同的物理量（测速发电机）（4）中间环节：一般指放大元件。
（放大器，可控硅整流功放）（5）给定环节：设定被控量的给定值。
（电位器）（6）比较环节：将所测的被控量与给定量比较，确定两者偏差量。
（7）校正环节：用于改善系统性能。
校正环节可加于偏差信号与输出信号之间的通道内，也可加于某一局部反馈通道内。
前者称为串联校正，后者称为并联校正或反馈校正。
第三节自控控制系统的分类一、按数学描述形式分类：1．线性系统和非线性系统（1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。
（2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。
2．连续系统和离散系统（1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。
连续系统的运动规律可用微分方程描述，系统中各部分信号都是模拟量。
（2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。
离散系统的运动规律可以用差分方程来描述。
计算机控制系统就是典型的离散系统。
二、按给定信号分类（1）恒值控制系统：给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。
如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。
（2）随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。
如跟随卫星的雷达天线系统。
（3）程序控制系统：给定值按一定时间函数变化。
如程控机床。
第四节对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求归纳为稳定性、动态特性和稳态特性三个方面1、系统的暂态过程2、稳定性3、动态特性4、稳态特性值得注意的是，对于同一个系统体现稳定性、动态特性和稳态特性的稳、快、准这三个要求是相互制约的。
浅谈自控系统中各环节正反作用的判定
１ 自动控 制 系统 组成
在判定正反作用之前 ， 我们应该首先搞 清楚控制系统 的
生产过程都可 以称 为被控 对象 ， 如果 我们 的调 节 阀打开 ， 相
应 的被控对象 的测量参数增大 ， 则为正作用 ， 否则 ， 则为反作 用 。因此被控 对象 的作 用 在工 艺条 件确 定后 ， 就 已经 确定
阀的气开和气关就有 四种组合形式 ， 具体 见表 １ ， 图２ 。 表１ 调节 阀气开、 气关组合 方式表
号 为两者之差 ， 这种反馈叫负反馈 ； 反之 ， 为正反馈 。只有负 反馈才能使偏离的被控变量越来越接近于给定值 。
（ ５ ） 需要控制其工艺参 数 的生产过 程 、 设备 或机 器等 叫 被控对象 ， 简称对象 。
发， 其选 择一般依 据四条原则 ：
（ １ ） 首先从生产安全 出发 。当控制信 号消失 ， 阀位的 自 然位置应能够保证生产 人员 和工业 设备 的安全不 致于发生
事故 。
（ ２ ） 从产品质量角度 出发 。防止不合格 的物料进入后续
环节 。
（ ３ ） 从减低原料 、 成 品损耗考虑。
３ 正反 作用判 定 ３ ． １ 控制 系统 正反作 用确 定步 骤
（ １ ） 目前所有的检测 变送器 全部为 正作用 ， 即测量值输
出随测量参数增加而增加 。 （ ２ ） 由工艺机理确定被控对象 的作用方 向
（ ３ ） 由工艺安全条件选定执行器 的作用方 向
（ ４ ） 根据对象及执行器 的作用方 向来确定控制器 的作用
了。
概念及组成 部分 ， 然后在根据其组 成部分分 步骤依次判定 正 反作用 ， 最终实现控制系统的负反馈 。控制 系统分为开 环控 制系统和闭环控制系统 ， 化工生产 装置 中以闭环控制系统应 用为主 ， 本文将不介 绍开环控制 系统。 控 制系统 由测量元件与变送器 、 控 制器 、 执行器 、 被控 对象四大部分组成 。在控制系统 中， 每个环节 都有各 自的作
自动控制原理--典型环节及其传递函数
l
v
2.3 控制系统的复数域数学模型
4.典型元部件的传递函数
（1）电位计
（1）比例环节
（2）电桥式误差角检测器
（2）微分环节
（3）自整角机
（3）积分环节
（4）测速发电机（交流，直流） （4）惯性环节
（5）电枢控制式直流电动机 （5）振荡环节
（6）两相异步电动机
（6）一阶复合微分环节
特点： 输出量能准确复现输入量，但须延迟一固定的时 间间隔。
在线性控制系统中，系统含有典型环节的情况，反映了系 统的结构和性能。
时滞环节
对于时滞时间很小的时滞环节，常把它展开成泰勒级数，并 略去高次项，得：
W
(
s)
1
s
2
s
2
1
3
s3
2! 3!
1
1s
时滞环节在一定条件下可近似为惯性环节
实例
带钢厚度检测环节
(6)
复习拉普拉斯变换有关内容（13）
用L变换方法解线性常微分方程
0 初条件 n>m
: 特征根（极点） : 相对于 的模态
2.3 控制系统的复数域数学模型
3.传递函数的零点和极点对输出的影响
极点决定模态； 零点影响曲线形状。
4 传递函数的局限性
例 已知某系统在0初条件下的阶跃响应为：
c(t) 1 2 et 1 e4t 33
试求：（1） 系统的传递函数； （2） 系统的增益； （3） 系统的特征根； （4） 画出对应的零极点图； （5） 求系统的单位脉冲响应； （6） 求系统微分方程；
解.（1）
(2) (3) (4) 如图所示 (5)
积分环节实例：
自动控制原理--典型环节的频率特性
j 1
0j 1
Im
0
Re
0
积分与微分环节
L(dB) 40
积分环节
0
微分环节
40
( )
90
微分环节
0 90
积分环节
20dB / dec
20dB / dec
6
三、微分环节
传递函数: G s s
频率特性:
G(j)
j
ej
π 2
➢1. 幅频特性 A及相频特性
A ,
A
( )
0
1
T
4
2
L,
0
1
T 3dB
4
20lg 2T 2 1
2
近似曲线 精确曲线
对数幅频特性和相频特性：
L() 20 lg 1 (T )2 () tg1 T
0 L0 0
1 L 20 lg 1 3
T
2
4
L
2
L()(dB) 0 0.1 5
10 15 20
0.2
0.3 0.4
0.6 0.8 1
T
2
34
6 8 10
七、一阶不稳定环节
传递函数: G s 1
Ts 1
➢1. 幅相频率特性
频率特性: G j 1
jT 1
G j
1
jT 1
1
1 T2
T
j1 T2
U
jV
U
1 2
2
V
2
1 2
2
一阶不稳定系统的幅相频
率特性是一个为（-1，j0）
为圆心，0.5为半径的半圆。
180O 90O
Im
1
自动控制原理_2.4典型环节传递函数
B盘以角速度ω 转动时，因 B盘和I 轴
间以滑动键联接，故B盘滑动就会改变
偏心量e；当时e=0，A盘转动而 B盘不
转；e增大， B盘角速度ω 正比的增大， 设K为比例常数，B盘转角为θ (t)。 输入— e 输出—θ (t)
解： (t ) Ke(t )
(t ) K e(t )dt
di(t ) 1 ui (t ) L i(t ) R i(t )dt dt C 1 uo (t ) i(t )dt C
§2.4.6 延时环节（迟延环节）
xo (t ) xi (t )
τ为延迟时间
L[ x0 (t )] L[ xi (t )] G( s ) L[ xi (t )] L[ xi (t )]
当|Ts|<<1时，G(s)=Ts，
才近似为理想的微分环节。
此系统为包含有惯性环节及微分环节的系统。
（1）预见输入（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ输入提前）
比例环节
R(s) r(t) t
1
1
X o ( s)
xo (t )
o
45
t
比例+微分
R(s) r(t ) t
1 Ts
X o ( s)
xo (t )
K G( s ) Ts 1
K为惯性环节的增益或放大系数；T为时间常数
理想的一阶惯性环节
1 G( s ) Ts 1
例1. 无源滤波电路
ui uo C为电容 R为电阻
1 ui (t ) i (t ) R i (t )dt C 解： 1 uo (t ) i (t )dt C 1 U i (t ) I ( s) R I (s) Cs LT得： 1 U o (t ) I ( s) Cs
自控系统操作规程(3篇)
第1篇为确保自控系统安全、稳定、高效运行，降低故障率，提高生产效率，特制定本操作规程。
二、适用范围本规程适用于公司所有使用自控系统的设备、设施。
三、操作人员要求1. 操作人员应具备一定的自控系统知识，熟悉设备性能及操作方法。
2. 操作人员应严格遵守操作规程，确保设备安全运行。
3. 操作人员应定期接受培训，提高操作技能。
四、操作步骤1. 启动前准备（1）检查设备电源是否正常，确认电源开关处于关闭状态。
（2）检查设备周围环境是否安全，无易燃、易爆物品。
（3）检查设备各部件是否完好，如有损坏及时更换。
2. 启动自控系统（1）打开电源开关，启动设备。
（2）进入自控系统界面，进行系统初始化。
（3）根据生产需求，设置相应参数。
3. 监控运行（1）实时监控设备运行状态，如发现异常，立即停止设备运行。
（2）检查设备运行参数，确保在正常范围内。
（3）定期检查设备运行数据，分析设备运行状况。
4. 停止自控系统（1）确认设备运行正常后，关闭自控系统。
（2）关闭设备电源，确保设备处于安全状态。
五、注意事项1. 操作人员应熟悉设备性能及操作方法，严禁无证操作。
2. 操作过程中，严禁随意更改系统参数。
3. 发现设备故障时，应立即停止设备运行，并报告相关人员处理。
4. 定期对自控系统进行检查、维护，确保系统正常运行。
5. 严格遵守安全操作规程，确保人身安全。
六、维护保养1. 定期对自控系统进行清洁、保养，防止灰尘、油污等影响设备运行。
2. 检查设备各部件，如有损坏及时更换。
3. 检查电源线路，确保电源稳定。
4. 定期对自控系统进行软件升级，提高系统性能。
5. 记录设备运行数据，分析设备运行状况，为设备维护提供依据。
七、附则1. 本规程由设备管理部门负责解释。
2. 本规程自发布之日起实施，原有相关规定与本规程不符的，以本规程为准。
第2篇一、目的为确保自控系统正常运行，保障生产安全，提高生产效率，特制定本操作规程。
二、适用范围本规程适用于本公司所有使用自控系统的设备、设施和作业场所。
自动控制原理的微分环节
自动控制原理的微分环节
自动控制系统的微分环节是整个控制系统中的一个重要部分，它负责根据被控对象的变化率来调节控制器的输出信号，以便更好地控制被控对象的行为。
微分环节的作用主要有两个方面：
1. 抑制过程的超调和振荡：当被控对象的变化速率较大时，微分环节能够迅速响应并通过增大控制器的输出信号来抑制过程的超调和振荡，使系统更加稳定。
2. 改善系统的响应速度：微分环节能够根据被控对象的变化率来调节控制器的输出信号，使系统能够更快地响应被控对象的变化，提高控制系统的响应速度。
微分环节的数学表达式通常为：
$$ G_d(s) = K_d \cdot s $$
其中，$G_d(s)$为微分环节的传递函数，$K_d$为微分增益，$s$为复频域变量。
需要注意的是，由于微分环节对高频噪声非常敏感，如果系统中存在噪声干扰，可能会导致微分环节输出信号过大，因此通常会在微分环节前面加上滤波器来限制高频信号的增益，避免过度放大噪声信号。
总的来说，微分环节在自动控制系统中扮演着重要的角色，能够提高系统的稳定性和响应速度，但在实际应用中需要注意对高频噪声的限制。
自控中的各种环节
实验一典型环节及其阶跃响应分析实验项目名称：典型环节及其阶跃响应分析实验项目性质：验正性实验所属课程名称：自动控制原理实验计划学时：2 学时一、实验目的1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。
2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。
二、实验原理1．模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。
再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。
若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。
三、实验仪器∙EL-CAT型自动控制系统实验箱一台∙计算机一台四、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，测量系统的阶跃响应曲线，并记入表.1. 比例环节的模拟电路如图1-12. 惯性环节的模拟电路如图1-2∙积分环节的模拟电路如图1-3。
4. 微分环节的模拟电路如图1-45. 比例+微分环节的模拟电路如图1-56. 比例+积分环节的模拟电路如图1-6五、实验步骤1. 启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
3. 连接被测量典型环节的模拟电路,电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
4. 在实验项目的下拉列表中选择实验一[一、典型环节及其阶跃响应] ,鼠标双击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。
在参数设置对话框中设置相应的实验参数后用鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果.∙观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据,记录波形及数据比例环节比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。
G（S）= -R2/R1 K= R2/R1要求:连接被测量典型环节的模拟电路,分别观察和记录K = 2 ; 4时的波形及数据. 实验步骤同1～4惯性环节惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。
自控典型环节
控制系统的典型环节控制系统的典型环节自动控制系统是由不同功能的元件构成的。
从物理结构上看，控制系统的类型很多，相互之间差别很大，似乎没有共同之处。
在对控制系统进行分析研究时，我们更强调系统的动态特性。
具有相同动态特性或者说具有相同传递函数的所有不同物理结构，不同工作原理的元器件，我们都认为是同一环节。
所以，环节是按动态特性对控制系统各部分进行分类的。
应用环节的概念，从物理结构上千差万别的控制系统中，我们就发现，他们都是有为数不多的某些环节组成的。
这些环节成为典型环节或基本环节。
经典控制理论中，常见的典型环节有以下六种。
比例环节比例环节是最常见、最简单的一种环节。
比例环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)之间满足下列关系比例环节的传递函数为式中K为放大系数或增益。
杠杆、齿轮变速器、电子放大器等在一定条件下都可以看作比例环节。
例10 图是一个集成运算放大电路，输入电压为，输出电压为，为输入电阻，为反馈电阻。
我们现在求取这个电路的传递函数。
解从电子线路的知识我们知道这是一个比例环节，其输入电压与输出电压的关系是按传递函数的定义，可以得到式中，可见这是一个比例环节。
如果我们给比例环节输入一个阶跃信号，他的输出同样也是一个阶跃信号。
阶跃信号是这样一种函数式中为常量。
当时，称阶跃信号为单位阶跃信号。
阶跃输入下比例环节的输出如图所示。
比例环节将原信号放大了K倍。
图比例器图比例环节的阶跃响应（a）阶跃输入；（b）阶跃输出惯性环节惯性环节的输入变量X(t)与输出变量Y(t)之间的关系用下面的一阶微分方程描述惯性环节的传递函数为式中，T称为惯性环节的时间常数，K称为惯性环节的放大系数。
惯性环节是具有代表性的一类环节。
许多实际的被控对象或控制元件，都可以表示成或近似表示成惯性环节。
如我们前面举过的液位系统、热力系统、热电偶等例子，它们的传递函数都具有（）式的形式。
都属惯性环节。
当惯性环节的输入为单位阶跃函数是，其输出y(t)如图所示。
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实验一典型环节及其阶跃响应分析
实验项目名称：典型环节及其阶跃响应分析
实验项目性质：验正性实验
所属课程名称：自动控制原理
实验计划学时：2 学时
一、实验目的
1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。
2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。
二、实验原理
1．模拟实验的基本原理：
控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。
再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。
若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。
三、实验仪器
∙EL-CAT型自动控制系统实验箱一台
∙计算机一台
四、实验内容
构成下述典型一阶系统的模拟电路，测量系统的阶跃响应曲线，并记入表.
1. 比例环节的模拟电路如图1-1
2. 惯性环节的模拟电路如图1-2
∙积分环节的模拟电路如图1-3。
4. 微分环节的模拟电路如图1-4
5. 比例+微分环节的模拟电路如图1-5
6. 比例+积分环节的模拟电路如图1-6
五、实验步骤
1. 启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
3. 连接被测量典型环节的模拟电路,电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
4. 在实验项目的下拉列表中选择实验一[一、典型环节及其阶跃响应] ,鼠标双击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。
在参数设置对话框中设置相应的实验参数后用鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果.
∙观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据,记录波形及数据
比例环节
比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。
G（S）= -R2/R1 K= R2/R1
要求:
连接被测量典型环节的模拟电路,分别观察和记录K = 2 ; 4时的波形及数据. 实验步骤同1～4
惯性环节
惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。
G（S）= - K/TS+1
K=R2/R1，T=R2C
要求:
连接被测量典型环节的模拟电路,分别观察和记录T = 0.1s ;0.2s;
0.5s 时的波形及数据.
实验步骤同1～4
积分环节
积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。
G（S）=1/TS
T=RC
要求:
连接被测量典型环节的模拟电路,分别观察和记录T = 0.1s ;0.2s; 0.01s时的波形及数据.
实验步骤同1～4
微分环节
微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4（未标明的C=0.01uf）。
G（S）= - TS
T = RC
要求:
连接被测量典型环节的模拟电路,分别观察和记录T = 0.1s 时的波形及数据.
实验步骤同1～4
比例+微分环节
比例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5（未标明的C=0.01uf）。
G（S）= -K（TS+1）
K=R2/R1，T=R2C
要求:
连接被测量典型环节的模拟电路,分别观察和记录T = 0.1s 时的波形及数据.
实验步骤同1～4
比例+积分环节
比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。
G（S）=K（1+1/TS）
K=R2/R1，T=R2C
要求:
连接被测量典型环节的模拟电路,分别观察和记录T = 0.1s时的波形及数据.
实验步骤同1～4
六、实验报告
∙画出比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、比例+微分环节、比例+积分环节的模拟电路，用坐标纸画出比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、比例+微分环节、比例+积分环节的阶跃响应曲线.
∙由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。
∙将实验中测得的曲线、数据及理论计算值，整理列表。
七、预习要求、思考题
1．阅读自动控制原理部分。
2．分析典型一阶系统的模拟电路和基本原理。
表1—1 实验数据测试表。