自控实验指导书

实验一典型环节的模拟实验

1、实验目的

通过模拟实验电路，结合理论知识感性认识各基本环节在典型信号下的响应。通过实验初步了解实验装置的性能和结构，学会布线、设计和组合单元，学会软件的操作。

2、实验设备基本知识

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1一1所示电路．它由“单脉冲单元”（U0 sp）及“电位器单元（Ｕ14Ｐ）组成．

图1—1

具体线路形成：在Ｕ13ＳＰ单元中，将Ｈ1与十5Ｖ插针用“短路决”短接，Ｈ2插针用排线接至U14 Ｐ单元的X插针; 在U14 Ｐ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．

以后实验若再用到阶跃信号时，方法同上．不再赘述。

3、典型环节的模拟电路图

图1-2 比例环节（P）

图1-3 积分环节(I)

图1-4 比例积分环节(PI)

图1-5 比例微分环节(PD)

图1-6 惯性环节(T)

图1-7 比例积分微分环节（PID）4、各环节参数参考值表

环节参数比例环节惯性环节积分环节

（I）

比例积分

（PI）

比例微分

（PD）

比例积分微

分（PID）

电阻值R0=200K

R1=200K,200K R0=200K

R1=200K

R0=200K R0=200K

R1=200K

R0=10K

R1=10K

R2=10K,20K

R3=200Ω

R0=10K

R1=10K,20K

R2=1K

R3=200Ω

电容值C=1μF或

2μF C=1μF或

2μF

C=1μF或

2μF

C=1μF C1=1μF

C2=2μF

5、实验内容和步骤：

（１）观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶成响应曲线。

①按第3部分中的各典型环节的模拟电路图将线接好。

②将模拟电路输入端（Ｕ1）与阶跃信号的输出端Ｙ相联接，模拟电路的输出端（U0）接至虚拟

示波器信号输入通道（共有两个，可任选）。

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U0(t)，且将结果记下。

改变参数，重新观测结果。

（２）观测ＰＩＤ环节的响应

①此时Ｕ1采用U1 SG的周期性方波信号（Ｕ1单元的ＳＴ的插针改为与Ｓ插针用“短路块”短接，

Ｓ11波段开关置于“阶跃信号”档，“ＯＵＴ”端的输出电压即为阶跃信号电压，信号周期由波段开关S12和电位器Ｗ11调节，信号幅值由电位器Ｗ12调节．以信号幅值小信号周期较长比较适宜）。

②参照第3部分中的ＰＩＤ模拟电路图，将ＰＩＤ环节搭接好。

③将①中产生的周期性方波信号加到PID 环节的输人端（Ｕ1），用示波器观测ＰＩＤ输出端（Ｕ。），

改变电路参数，重新观察并记录。

（3）根据实际搭建的模拟电路图的参数，求解各典型环节的传递函数，在Simulink中进行仿真，给出理论的响应曲线，并与实际响应曲线进行对比分析。

实验报告（一）

——典型环节的模拟实验

班级姓名学号

一、写出各典型环节在阶跃信号作用下的输出响应表达式（用参数表示）

1、比例环节：

2、积分环节：

3、惯性环节：

4、比例积分环节：

5、比例微分环节：

6、比例积分微分环节：

二、画出各典型环节实际响应曲线图

1、比例环节：

2、积分环节：

3、惯性环节：

4、比例积分环节：

5、比例微分环节：

6、比例积分微分环节：

实验二典型系统瞬态响应和稳定性分析

1、实验目的

通过搭建模拟电路，观测和分析在典型输入信号下二阶和三阶系统的响应，并分析各参数变化时对系统稳定性和输出响应的影响。

2、系统参数及框图

（1）典型二阶系统

①典型二阶系统的方块图及传递函数

图２—ｌ是典型二阶系统原理方块图，其中Ｔ0=1Ｓ，Ｔ1=0.1S。

S

T

1

1

1

1

+

S

T

K

图2—1

开环传递函数：

)1

(

)

(

1

+

=

S

T

S

T

K

S

G，其中K1 =K/T0，K1 为开环增益。

闭环传递函数：

2

2

2

2

)

(

n

n

n

S

S

S

W

ω

ζω

ω

+

+

=其中0

1

1/T

T

K

n

=

ω

1

1

0/T

K

T

n

=

ζ

②模拟电路图：见下图２—２

图2-2

R(s) E(S)

+

_

C(S)