自动控制原理实验报告1--典型环节的模拟研究
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告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．在上位机界面上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，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。
注意实验接线前必须先将实验箱上电，以对运放仔细调零。
然后断电，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。
无上位机时，利用实验箱上的信号源单元U2所输出的周期阶跃信号作为环节输入，即连接箱上U2的“阶跃”与环节的输入端（例如对比例环节即图1.1.2的Ui），同时连接U2的“锁零（G）”与运放的锁零G。
然后用示波器观测该环节的输入与输出（例如对比例环节即测试图1.1.2的Ui和Uo）。
注意调节U2的周期阶跃信号的“频率”电位器RP5与“幅值”电位器RP2，以保证观测到完整的阶跃响应过程。
有上位机时，必须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USB2.0通信线。
自动控制原理实验报告一
自动控制原理实验报告实验时间：201X 年XX 月 XX 日 地点：XXXX 实验报告人（签名）：倪马 同组实验人（签名）：1 实验名称：典型环节的模拟研究2 实验目的：（1）了解和掌握主实验板及虚拟示波器的构造原理和操作方法。
（2）学习掌握几种典型环节的模拟研究。
（3）通过几种典型环节的模拟研究归纳出其研究方法及思路。
3 实验内容：（1）主实验板和虚拟示波器构造原理的学习及操作方法的掌握。
（2）比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和比例-微分环节的模拟研究。
4 实验步骤 4.1 实验操作4.1.1 比例环节典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：01(S)(S)(S)R R K K U U G i O ===；单位阶跃响应：K )t (U =实验内容及步骤（1） 构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及插孔连线。
（2） 运行、观察、记录：选择线性系统时域分析／典型环节／比例环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。
4.1.2 惯性环节典型惯性环节模拟电路如图3-1-2所示。
图3-1-2 典型惯性环节模拟电路传递函数：C R T R R K TS K U U G i O 1011(S)(S)(S)==+==；单位阶跃响应：)1()(0T te K t U --=实验内容及步骤（1） 构造模拟电路：按图3-1-2安置短路套及插孔连线。
（2） 运行、观察、记录：选择线性系统时域分析／典型环节／惯性环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。
实验停止后，移动虚拟示波器横游标到输出稳态值×0.632处，得到与输出曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到输出曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T 。
4.1.3 积分环节典型积分环节模拟电路如图3-1-3所示。
图3-1-3 典型积分环节模拟电路传递函数：C R T TS U U G i i O 01(S)(S)(S)===； 单位阶跃响应：t Ti1)(t U 0=实验内容及步骤构造模拟电路：按图3-1-3安置短路套及插孔连线。
自动控制原理实验.doc
实验一 典型环节的模拟研究一、实验目的：1． 了解并掌握XG2003自控理论教学实验系统模拟电路的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。
2． 熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
3． 了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验要求：1． 观测各种典型环节的阶跃响应曲线。
2． 观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响。
三、实验仪器：1． XG2003教学实验板 一台 2． 示波器一台 3． 万用表一块四、实验原理和电路：本实验是利用运算放大器的基本特性（开环增益高、输入阻抗大、输出阻抗小等），设置不同的反馈网络来模拟各种典型环节。
典型环节块图及其模拟电路如下：1．比例（P ）环节。
其方块图如图1-1A 所示。
图1-1B 比例环节模拟电路比例环节的模拟电路如图1—1B 所示，其传递函数为1)()(R R s Ui s Uo = (1-2)比较式(1-1)和(1-2)得 K = R1/R0 (1-3)当输入为单位阶跃信号时，即)()(t l t U i = 时，SS U i 1)(=则由式(1-1)得 SKS U 1)(0= ， 所以输出响应为 K t U =)(0 (t ≥0) (1-4) 其输出方波如图1-1C 。
2．积输分（I ）环节。
其方块图如图1—2A 所示。
图1-1C 比例环节输出波形图 图1-2A 积分环节方块图 其传递函数为TSs Ui s Uo 1)()(=(1-5) 积分环节的模拟电路如图1—2B 所示。
图1-2B 积分环节模拟电路 积分环节模拟电路的传递函数为RoCSs Ui s Uo 1)()(=(1-6) 比较式(1-5)和(1-6)得C R T 0= 当输入为单位阶跃信号，即)()(t l t U i =时，S S U i 1)(=，则由式(1-5)得到TS S U 1)(0=·S 1=21TS 所以输出响应为：t T t U 1)(0=其输出波形如图1-2C 所示。
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=。
自动控制原理实验报告
实验一典型环节的模拟研究及阶跃响应分析1、比例环节可知比例环节的传递函数为一个常数：当Kp 分别为，1，2时，输入幅值为的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为，，的反向阶跃信号。
实验中，输出信号依次为幅值为，，的反向阶跃信号，相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%.在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。
2、 积分环节积分环节传递函数为：〔1〕T=0.1(0.033)时，C=1μf(0.33μf)，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图：与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上时的波形斜率近似为时的三倍，实际上为，在误差允许范围内可认为满足理论条件。
3、 惯性环节惯性环节传递函数为：K = R f /R 1,T = R f C,（1） 保持K = R f /R 1= 1不变，观测秒，秒〔既R 1 = 100K,C = 1μf ，μf 〕时的输出波形。
利用matlab 仿真得到理论波形如下：时t s 〔5%〕理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：〔400-300〕/300=33.3%,读数误差较大。
K 理论值为1，实验值，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近。
时t s 〔5%〕理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：〔40-30〕/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。
K 理论值为1，实验值，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近（2） 保持T = R f s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。
K=1时波形即为〔1〕中时波形K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果：t s 〔5%〕理论值为300ms,实际测得t s =400ms相对误差为：〔400-300〕/300=33.3% 读数误差较大K 理论值为2，实验值， 相对误差为〔〕/2=5.7%if i o R RU U -=1TS K)s (R )s (C +-=与理论值较为接近。
自动原理实验报告总结
一、实验背景自动控制原理是自动化技术领域的基础课程，旨在使学生掌握自动控制的基本理论、分析方法及实验技能。
本次实验通过对典型环节的模拟研究，加深了对自动控制原理的理解和应用。
二、实验目的1. 理解自动控制系统的基本组成和原理；2. 掌握典型环节的数学模型和传递函数；3. 学会运用MATLAB软件进行控制系统仿真；4. 分析典型环节的时域响应和频率响应。
三、实验内容1. 典型环节的数学模型和传递函数；2. 典型环节的时域响应和频率响应；3. MATLAB软件在控制系统仿真中的应用。
四、实验步骤1. 设计典型环节的数学模型和传递函数；2. 利用MATLAB软件进行控制系统仿真；3. 分析仿真结果，验证理论分析的正确性；4. 对仿真结果进行总结和讨论。
五、实验结果与分析1. 一阶环节的时域响应和频率响应（1）时域响应：一阶环节的时域响应为指数函数，其上升时间、稳态误差等性能指标可通过传递函数进行计算。
（2）频率响应：一阶环节的频率响应为斜率为-20dB/dec的直线，相位滞后角为-90°。
2. 二阶环节的时域响应和频率响应（1）时域响应：二阶环节的时域响应为正弦函数，其上升时间、超调量、稳态误差等性能指标可通过传递函数进行计算。
（2）频率响应：二阶环节的频率响应为斜率为-40dB/dec的直线，相位滞后角为-90°。
3. MATLAB软件在控制系统仿真中的应用利用MATLAB软件进行控制系统仿真，可以方便地观察和分析系统的时域响应和频率响应。
通过改变系统参数，可以研究不同参数对系统性能的影响。
六、实验结论1. 通过本次实验，加深了对自动控制原理的理解，掌握了典型环节的数学模型和传递函数；2. 学会了利用MATLAB软件进行控制系统仿真，能够方便地观察和分析系统的性能；3. 了解了系统参数对系统性能的影响，为实际工程应用提供了理论依据。
七、实验体会1. 自动控制原理是自动化技术领域的基础课程，掌握自动控制原理对于从事自动化领域的研究和工程应用具有重要意义；2. 实验是学习自动控制原理的重要手段，通过实验可以加深对理论知识的理解，提高实践能力；3. MATLAB软件在控制系统仿真中具有强大的功能，能够方便地观察和分析系统的性能，为工程应用提供了有力支持。
自控原理课程实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握自动控制原理的基本概念和基本分析方法。
2. 熟悉自动控制系统的典型环节，包括比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节、比例微分环节和比例积分微分环节。
3. 通过实验，验证自动控制理论在实践中的应用，提高分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理自动控制原理是研究自动控制系统动态和稳态性能的学科。
本实验主要围绕以下几个方面展开：1. 典型环节：通过搭建模拟电路，研究典型环节的阶跃响应、频率响应等特性。
2. 系统校正：通过在系统中加入校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。
3. 系统仿真：利用MATLAB等仿真软件，对自动控制系统进行建模和仿真，分析系统的动态和稳态性能。
三、实验内容1. 典型环节实验（1）比例环节：搭建比例环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数对系统性能的影响。
（2）积分环节：搭建积分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析积分时间常数对系统性能的影响。
（3）比例积分环节：搭建比例积分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数和积分时间常数对系统性能的影响。
（4）惯性环节：搭建惯性环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析时间常数对系统性能的影响。
（5）比例微分环节：搭建比例微分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数和微分时间常数对系统性能的影响。
（6）比例积分微分环节：搭建比例积分微分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数、积分时间常数和微分时间常数对系统性能的影响。
2. 系统校正实验（1）串联校正：在系统中加入串联校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。
（2）反馈校正：在系统中加入反馈校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。
3. 系统仿真实验（1）利用MATLAB等仿真软件，对自动控制系统进行建模和仿真，分析系统的动态和稳态性能。
（2）根据仿真结果，优化系统参数，提高系统性能。
四、实验步骤1. 搭建模拟电路：根据实验内容，搭建相应的模拟电路，并连接好测试设备。
自动控制原理实验报告——合肥工业大学
实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的输入信号（Ui）。
（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：（a）安置短路套（b）测孔联线（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（Uo）。
注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’ 档。
（4）运行、观察、记录：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。
改变比例参数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表1-1-1。
当R1=200K的电路与相应曲线当R1=100K的电路与相应曲线2．观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模似电路如图1-1-2所示。
该环节在A1单元中分别选取反馈电容C =1uf、2uf来改变时间常数。
实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入（Ui）。
（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：（a）安置短路套（b）测孔联线（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT （Uo）。
注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’ 档。
（4）运行、观察、记录：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。
改变时间常数（改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C），重新观测结果，其实际阶跃响应曲线见表1-1-1。
下图为实验电路以及示波器显示的波形C =1uf时的电路图与相应曲线示波器显示：当C =1uf时的电路图与相应曲线示波器显示：3．观察积分环节的阶跃响应曲线典型积分环节模似电路如图1-1-3所示。
该环节在A1单元中分别选取反馈电容C=1uf、2uf来改变时间常数。
实验步骤：（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入（Ui）：a．将函数发生器（B5）中的插针‘S ST’用短路套短接。
自动控制原理 典型环节的模拟研究实验报告
肇庆学院电子信息与机电工程学院模拟电路课实验报告12电气(1) 班姓名李俊杰学号 201224122119 实验日期2014年4 月16 日实验合作者：李奕顺王圆圆老师评定实验题目：典型环节的模拟研究一、实验目的了解各典型环节的传递函数二、实验仪器三、实验原理与图四、实验内容及步骤⑴观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响曲线。
①准备：使运放处于工作状态。
将信号源单元（U1 SG）的ST端（插针）与＋5V端（插针）用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态。
②阶跃信号的产生：电路可采用图1-1所示电路，它由“单脉冲单元”（U12 SP）及“电位器单元”（U11 P）组成。
图1-1具体线路形成：在Ul2 SP单元中，将Hl与+5V插针用“短路块”短接，H2插针用排线接至Ul1 P单元的X插针；在Ul1P单元中，将Z插针和GND插针用“短路块”短接，最后由插座的Y端输出信号。
实验步骤：①按2中的各典型环节的模拟电路图将线接好（先按比例）。
（PID不接）②将模拟电路输入端（Ui）与阶跃信号的输出端Y相联接；模拟电路的翰出端（Uo）接至示波器。
③按下按钮（或松平按钮）H时，用示波器观测输出端的实际响应曲线U(t)，且将结果记下。
改变比例参数，重新观测结果。
④同理得出积分、比例积分、比例微分和惯牲环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线见表1-1。
⑵观察PID环节的响应匙线。
五、实验分析1、比例环节（R1=10k，R0=？）分析：图1-12、积分环节（C=2uF，R0=？）分析：图1-23、比例积分（R1=68，C=？，R0=？）分析：（下面如果有2张，你选一张就行，另一种删掉）图1-34、惯性环节（R1=10K，C=1还是2uF？，R0=？）分析：图1-4（波峰到最低点输入为0，其他输入为阶跃信号）5、比例微分（R1=20K，R2=10K，R3=10K，C=1uF，R=50K，R0=?）分析：图1-56、比例积分微分（R1=68K，R2=10K，R3=10K，C2=2uF，R=50k，R0=?）分析：图1-6。
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。
2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。
3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验内容① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；Simulink 图形实现：示波器显示结果：② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s GSimulink 图形实现：示波器显示结果：③ 积分环节s s G 1)(1Simulink 图形实现：示波器显示结果：④ 微分环节s s G )(1Simulink 图形实现：波器显示结果：⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G1）、G1（s ）=s+2Simulink 图形实现：示波器显示结果：2）、G2（s）=s+1 Simulink图形实现：示波器显示结果：⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+=1）、G1（1）=1+1/sSimulink 图形实现：示波器显示结果：2）G2（s）=1+1/2s Simulink图形实现：示波器显示结果：三、心得体会通过这次实验我学到了很多，对课本内容加深了理解，熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法，加深对各典型环节响应曲线的理解，这为对课程的学习打下了一定基础。
实验二线性系统时域响应分析一、实验目的1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。
2．通过响应曲线观测特征参量ζ和nω对二阶系统性能的影响。
3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、实验内容1．观察函数step( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为243237()4641s s G s s s s s ++=++++绘制出系统的阶跃响应曲线？2．对典型二阶系统222()2n n n G s s s ωζωω=++1）分别绘出2(/)n rad s ω=，ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响，并计算ζ=0.25时的时域性能指标,,,,p r p s ss t t t e σ。
自动控制原理实验报告-西南交通大学课程与资源中心
西南交通大学自动控制原理课程实验报告册
《自动控制原理》课程实验报告(一)
《自动控制原理》课程实验报告(二)
《自动控制原理》课程实验报告(三)
《自动控制原理》课程实验报告(四)
三、思考题
1. 参数在一定范围内取值才能使闭环系统稳定的系统称为条件稳定系统。
对于这类系
统可以通过根轨迹法来确定使系统稳定的参数取值范围，也可以适当调整系统参数或增加校正网络以消除条件稳定性问题。
对于下图所示条件稳定系统：
试问能否通过增加开环零极点消除系统条件稳定性问题，即对于所有根轨迹增益，根轨迹全部位于s左半平面，闭环系统稳定。
《自动控制原理》课程实验报告(五)
《自动控制原理》课程实验报告(六)
《自动控制原理》课程实验报告(七)
《自动控制原理》课程实验报告(八)
《自动控制原理》课程实验报告(九)。
自动控制原理-实验一
实验一 典型环节的模拟研究一．实验目的：1、了解并掌握ACLS-1控制理论实验箱模拟电路的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。
2、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二．实验要求：1、观测各种典型环节的阶跃响应曲线。
2、观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响。
三．实验仪器：1、ACLS-1控制理论实验箱 一台2、超低频示波器 一台3、万用表 一块四．实验原理和电路：实验是利用运算放大器和其它元器件构成的网络来模拟各种典型环节，接线方法见附录一和ACLS-1控制理论实验箱原理图。
典型环节方块图及其模拟电路如下：1.比例（P）环节：i当输入为单位阶跃信号，即)(1)(t t U i =时，SS U i 1)(=。
则由式（1－1） 得到：SK S U o 1)(•=其传递函数为：TSS U S U i o 1)()(= （1－5）积分环节的模拟电路如图1-2B 所示。
积分环节接线图：把图1－1B（b）中的R1换为C 即可。
积分环节模拟电路的传递函数为：CSR S U S U i o 01)()(= （1－6）比较式（1-5）和（1-6）得: C R T 0= （1－7） 当输入为单位阶跃信号，即)(1)(t t U i =时，SS U i 1)(=。
则由式（1－5） 得到：2111)(TS S TS S U o =•=比例积分环节的模拟电路如图1-3B 所示。
比例－积分环节接线图：把图1－1B（b）中的R1换成R1和C 串联即可。
其传递函数为：CSR R R CS R CS R S U S U i o 0010111)()(+=+= （1－10）比较式（1-9）和（1-10）得:当输入为单位阶跃信号，即)(1)(t t U i =时，SS U i 1)(=。
则由式（1－9） 得到：STS K S U o 1)1()(•+=惯性环节的接线图：把图1－1B（b）中的R1换成R1和C 并联即可。
自控典型环节实验报告
一、实验目的1. 熟悉自动控制原理中典型环节的电路模拟与软件仿真方法。
2. 掌握典型环节（比例、积分、微分、惯性等）的阶跃响应特性及其动态特性。
3. 分析参数变化对典型环节阶跃响应的影响，为控制系统设计提供理论依据。
二、实验原理自动控制系统中，各种典型环节按照一定的关系组合而成，实现对被控对象的调节与控制。
本实验通过电路模拟与软件仿真，研究典型环节的阶跃响应特性及其动态特性。
三、实验仪器与设备1. XMN-2自动控制原理模拟实验箱2. 计算机3. CAE-PCI软件4. 万用表四、实验内容及步骤1. 比例环节（1）搭建比例环节模拟电路，测量输入、输出电压，记录数据。
（2）利用CAE-PCI软件对比例环节进行仿真，设置不同的比例系数，观察阶跃响应曲线。
（3）分析参数变化对比例环节阶跃响应的影响。
2. 积分环节（1）搭建积分环节模拟电路，测量输入、输出电压，记录数据。
（2）利用CAE-PCI软件对积分环节进行仿真，设置不同的积分时间常数，观察阶跃响应曲线。
（3）分析参数变化对积分环节阶跃响应的影响。
3. 微分环节（1）搭建微分环节模拟电路，测量输入、输出电压，记录数据。
（2）利用CAE-PCI软件对微分环节进行仿真，设置不同的微分时间常数，观察阶跃响应曲线。
（3）分析参数变化对微分环节阶跃响应的影响。
4. 惯性环节（1）搭建惯性环节模拟电路，测量输入、输出电压，记录数据。
（2）利用CAE-PCI软件对惯性环节进行仿真，设置不同的时间常数，观察阶跃响应曲线。
（3）分析参数变化对惯性环节阶跃响应的影响。
五、实验结果与分析1. 比例环节（1）实验结果：随着比例系数的增大，比例环节的阶跃响应速度加快，但超调量增大。
（2）分析：比例环节的阶跃响应速度与比例系数成正比，超调量与比例系数成反比。
2. 积分环节（1）实验结果：随着积分时间常数的增大，积分环节的阶跃响应速度变慢，但超调量减小。
（2）分析：积分环节的阶跃响应速度与积分时间常数成反比，超调量与积分时间常数成反比。
自动控制原理_实验报告
一、实验目的1. 理解自动控制系统的基本概念和组成；2. 掌握典型环节的传递函数和响应特性；3. 熟悉PID控制器的原理和参数整定方法；4. 通过实验验证理论知识的正确性，提高实际操作能力。
二、实验设备1. 自动控制原理实验箱；2. 示波器；3. 数字多用表；4. 个人电脑；5. 实验指导书。
三、实验原理自动控制系统是一种根据给定输入信号自动调节输出信号的系统。
它主要由控制器、被控对象和反馈环节组成。
控制器根据被控对象的输出信号与给定信号的偏差，通过调节控制器的输出信号来改变被控对象的输入信号，从而实现对被控对象的控制。
1. 典型环节（1）比例环节：比例环节的传递函数为G(s) = K，其中K为比例系数。
比例环节的响应特性为输出信号与输入信号成线性关系。
（2）积分环节：积分环节的传递函数为G(s) = 1/s，其中s为复频域变量。
积分环节的响应特性为输出信号随时间逐渐逼近输入信号。
（3）比例积分环节：比例积分环节的传递函数为G(s) = K(1 + 1/s)，其中K为比例系数。
比例积分环节的响应特性为输出信号在比例环节的基础上，逐渐逼近输入信号。
2. PID控制器PID控制器是一种常用的控制器，其传递函数为G(s) = Kp + Ki/s + Kd(s/s^2)，其中Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。
PID控制器可以实现对系统的快速、稳定和精确控制。
四、实验内容及步骤1. 实验一：典型环节的阶跃响应（1）搭建比例环节电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线；（2）搭建积分环节电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线；（3）搭建比例积分环节电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线。
2. 实验二：PID控制器参数整定（1）搭建PID控制器电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线；（2）通过改变PID控制器参数，观察并分析系统响应特性；（3）根据系统响应特性，整定PID控制器参数，使系统达到期望的响应特性。
自动控制原理实验报告材料03897
实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析1、比例环节可知比例环节的传递函数为一个常数：当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。
实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号，相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许围可认为实际输出满足理论值。
2、 积分环节积分环节传递函数为：（1）T=0.1(0.033)时，C=1μf(0.33μf)，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图：T=0.1 T=0.033与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许围可认为满足理论条if i o R RU U -=TS1CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=件。
3、 惯性环节惯性环节传递函数为：K = R f /R 1,T = R f C,（1） 保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ，0.1μf ）时的输出波形。
利用matlab 仿真得到理论波形如下：T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。
K 理论值为1，实验值2.12/2.28，相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近。
T=0.01时 t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。
K 理论值为1，实验值2.12/2.28，相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近（2） 保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。
自动化控制实验报告
本科生尝试陈述尝试课程自动控制道理学院名称专业名称电气工程及其自动化学生姓名学生学号2021指导教师尝试地址6C901尝试成就二〇一五年四月——二〇一五年五月线性系统的时域阐发尝试一〔3.1.1〕典型环节的模拟研究一. 尝试目的1． 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 2． 不雅察和阐发各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二．典型环节的布局图及传递函数方 框 图传递函数比例〔P 〕 K (S)U (S)U (S)G i O == 积分 〔I 〕TS1(S)U (S)U (S)G i O ==比例积分 〔PI 〕)TS11(K (S)U (S)U (S)G i O +==比例微分 〔PD 〕)TS 1(K (S)U (S)U (S)G i O +==惯性环节 〔T 〕TS1K (S)U (S)U (S)G i O +==比例积分微分〔PID 〕ST K ST K K (S)U (S)U (S)G d p i p p i O ++==三．尝试内容及步调不雅察和阐发各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。
改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，不雅测成果，填入尝试陈述运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域阐发下的典型环节的模拟研究中的相应尝试工程，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本尝试机配套的虚拟示波器〔B3〕单元的CH1测孔测量波形。
具体用法拜见用户手册中的示波器局部。
1)．不雅察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：01(S)(S)(S)R R K KU U G i O === ； 单元阶跃响应： K )t (U =尝试步调：注：‘S ST ’用短路套短接！〔1〕将函数发生器〔B5〕所发生的周期性矩形波信号〔OUT 〕，作为系统的信号输入〔Ui 〕；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
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南昌大学实验报告学生姓名：黄佐财学号：6100308118 专业班级：电力系统082班实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：一、实验项目名称：典型环节的模拟研究二、实验要求1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响三、主要仪器设备及耗材1．计算机一台（Windows XP操作系统）2．AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套3．LabACT6_08软件一套四、实验内容和步骤1)．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示（1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）：B1单元中电位器的左边K3 开关拨下（GND），右边K4 开关拨下（0/+5V阶跃）。
阶跃信号输出（B1的Y 测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9 灯亮，调节电位器，用万用表测量Y 测孔）。
（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。
时间量程选‘×1’档）①打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），用示波器观测A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。
②改变比例系数（改变运算模拟单元A1 的反馈电阻R1），重新观测结果，填入实验报告。
2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。
（1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）：B1单元中电位器的左边K3 开关拨下（GND），右边K4 开关拨下（0/+5V阶跃）。
阶跃信号输出（B1的 Y 测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9 灯亮，调节电位器，用万用表测量Y 测孔）。
（2）构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。
时间量程选‘×1’档）①打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo），按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+4V阶跃），等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到4V（输入）×0.632处，，得到和惯性的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。
A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。
②改变时间常数及比例系数（分别改变运算模拟单元A1 的反馈电阻R1 和反馈电容C），重新观测结果，填入实验报告。
3)．观察积分环节的阶跃响应曲线典型积分环节模拟电路如图3-1-5 所示。
（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的人工阶跃输出作为系统的信号输入（Ui）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
①在显示和功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。
②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度1 秒左右（D1 单元左显示）。
③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 1V （D1单元右显示）。
（2）构造模拟电路：按图3-1-5安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录：（注：CH1 选‘×1’档。
时间量程选‘×1’档）①打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo），调节调宽电位器使宽度从0.3秒开始调到积分输出在虚拟示波器顶端（即积分输出电压接近+5V）为止。
②等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V 处，再移动另一根横游标到ΔV=1V （和输入相等）处，得到和积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。
A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。
③改变时间常数（分别改变运算模拟单元A1 的输入电阻Ro和反馈电容C），重新观测结果，填入实验报告。
（3）运行、观察、记录：（注：CH1 选‘×1’档。
时间量程选‘×1’档）①打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo），调节调宽电位器使宽度从0.3秒开始调到积分输出在虚拟示波器顶端（即积分输出电压接近+5V）为止。
②等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V 处，再移动另一根横游标到ΔV=1V（和输入相等）处，得到和积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。
A6 输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。
③改变时间常数（分别改变运算模拟单元A1 的输入电阻Ro和反馈电容C），重新观测结果，填入实验报告。
（可将运算模拟单元A1 的输入电阻的短路套（S4）去掉，将可变元件库（A11）中的可变电阻跨接到A1 单元的H1 和IN 测孔上，调整可变电阻继续实验。
4)．观察比例积分环节的阶跃响应曲线典型比例积分环节模拟电路如图3-1-8所示.。
（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的人工阶跃输出作为系统的信号输入（Ui）；该信号为零输出时将自动对模拟电路锁零。
①在显示和功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。
②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度1 秒秒左右（D1单元左显示）。
③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 1V （D1 单元右显示）。
（2）构造模拟电路：按图3-1-8安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。
时间量程调选‘×1’档）①打开虚拟示波器的单迹界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo）。
②待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到1V（和输入相等）处，再移动另一根横游标到ΔV=Kp×输入电压处，得到和积分曲线的两个交点。
③再分别移动示波器两根纵游标到积分曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。
④改变时间常数及比例系数（分别改变运算模拟单元A5 的输入电阻Ro和反馈电容C），重新观测结果，填入实验报告。
5)．观察比例微分环节的阶跃响应曲线典型比例微分环节模拟电路如图3-1-9所示。
（1）将函数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R。
（连续的正输出宽度足够大的阶跃信号)①在显示和功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。
②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度1 秒左右（D1 单元左显示）。
③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 0.5V （D1单元右显示）。
（2）构造模拟电路：按图3-1-9安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录： CH1 选‘×1’档。
时间量程选‘／4’档。
①打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测系统的A6 输出端（Uo），响应曲线见图3-1-10。
等待完整波形出来后，把最高端电压（4.77V）减去稳态输出电压（0.5V），然后乘0.632，得到ΔV=2.7V。
②移动虚拟示波器两根横游标，从最高端开始到ΔV=2.7V 处为止，得到和微分的指数曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得Δt=0.048S。
③已知 KD=10，则图3-1-9 的比例微分环节模拟电路微分时间常数：T K t 0.48S6)．观察PID（比例积分微分）环节的响应曲线PID（比例积分微分）环节模拟电路如图3-1-11 所示。
（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的人工阶跃输出作为系统的信号输入（Ui）；该信号为零输出时将自动对模拟电路锁零。
①在显示和功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。
②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度0.1秒左右（D1单元左显示）。
③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 0.2V （D1 单元右显示）。
（2）构造模拟电路：按图3-1-11 安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录：（CH1选‘×1’档。
时间量程选‘／4’档）①打开虚拟示波器的单迹界面，点击开始，用示波器观测A6 输出端（Uo）。
②等待完整波形出来后，移动虚拟示波器两根横游标使之ΔV=Kp×输入电压，，得到和积分的曲线的两个交点。
③再分别移动示波器两根纵游标到积分的曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。
注意：该实验由于微分的时间太短，较难捕捉到，必须把波形扩展到最大（/4 档），但有时仍无法显示微分信号。
定量观察就更难了，因此，建议用一般的示波器观察。
④改变时间常数及比例系数（分别改变运算模拟单元A2 的输入电阻Ro和反馈电阻R1），重新观测结果，填入实验报告。
五、实验数据及处理结果六、思考、讨论或体会或对改进实验的建议在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识和难度成正比,使我受益匪浅。
在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做应变片的实验,你要清楚电桥的各种接法,如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.做实验时,老师还会根据自己的亲身体会,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的使用是那么的广泛。
通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这和做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅。
七、参考资料1．《自动控制理论》，王时胜、曾明如、王俐等，江西科技出版社2．《自动控制理论》，夏德钤主编，机械工业出版社3．《自动控制理论》，胡寿松，航空工业出版社。