控制系统典型环节的模拟

本科实验报告

课程名称：自动控制原理实验姓名：

学院(系)：

专业：控制

学号：

指导教师：

浙江大学实验报告

实验项目名称：控制系统典型环节的模拟

同组学生姓名：

实验地点：月牙楼301实验日期：

一、实验目的

1) 熟悉超低频扫描示波器的使用方法

2) 掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路

3) 测量典型环节的阶跃响应曲线

4) 通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响

二、实验仪器

1) 控制理论电子模拟实验箱一台

2) 超低频慢扫描示波器一台

3) 万用表一只

三、实验原理

以运算放大器为核心原件，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1) 比例环节

2) 惯性环节

3) 积分环节

4) 比例微分环节（PD）

5) 比例积分环节

四、按所设计的电路原理图接线，并在各电路的输入端输入阶跃信号，在电路的输出端观察并记录其单位阶跃响应的输出波形。

（1）比例电路波形图

G(s)=1

G(s)=2

(2) 惯性环节，G1(s) =1/(s+1)

G (s) =1/（0.5s+1）

3) 积分环节 G (s) =1/s

G (s) =1/(0.5s)

(4)比例微分

G (s) =2+s

G (s) =1+2s

5) 比例积分环节（PI）

G (s) =1+1/s

G (s) =2（1+1/2s）

1、比例环节：输出量不失真，无惯性地跟着输入量变化，而且两者成比例关系；

2、惯性环节：由于惯性环节中含有一个储能原件，当输入量突然变化时，输出量不能跟着变化，而是按指数规律变化；

3、积分环节：只要有一个恒定的输入量作用于积分环节，其输出量就与时间成正比地无限增加。(输出量取决于输入量对时间的积累,输入量作用一段时间后,即使输入量变化,输出量仍会保持在已达到的数值)；

4、微分环节：理想微分环节的输出与输入量的变化速度成正比，在阶跃输入作用下的输出响应为一理想脉冲（实际上无法实现）。

五、实验思考题

1、用运算放大器模拟典型环节时，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出来的？

答：①假定运放具有理想特性，即满足“虚短”“虚断”特性

②运放的静态量为零，个输入量、输出量和反馈量都可以用瞬时值表示其动态变化。

2、积分环节与惯性环节的主要差别是什么？在什么条件下，惯性环节可以近似地视为积分环节？在什么条件下，又可以视为比例环节？

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。而积分环节，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、如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？

答：用示波器的“时标”开关测出过渡过程时间t（即98%时的时间），由公式T = t/4计算时间常数