典型环节地模拟研究实验报告材料

典型环节的模拟研究一. 实验目的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．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二．实验内容及步骤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.。

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，观测结果，填入实验报告运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。

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 === ； 单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产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。

① 在显示与功能选择（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（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= 4V （D1单元‘右显示）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。

（a ）安置短路套（b）测孔联线模块号跨接座号1 A5 S4，S122 B5 ‘S-ST’（3）运行、观察、记录：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），观测A5B输出端（Uo）的实际响应曲线。

示波器的截图详见虚拟示波器的使用。

实验报告要求：按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。

实验名称：典型环节模拟实验实验日期：2023年4月10日实验地点：实验室A实验人员：张三、李四、王五一、实验目的1. 理解典型环节的概念和作用。

2. 通过模拟实验，验证典型环节在系统中的作用和效果。

3. 掌握典型环节的设计方法和应用技巧。

二、实验原理典型环节是指在系统设计和分析中，对系统中的关键部分进行简化和抽象，以便于分析和设计的一种方法。

典型环节主要包括传递函数、状态方程、框图等。

三、实验材料1. 实验设备：计算机、信号发生器、示波器、数据采集卡等。

2. 实验软件：MATLAB、Simulink等。

3. 实验数据：实验所需的各种参数和模型。

四、实验步骤1. 设计典型环节模型（1）根据实验要求，确定典型环节的类型（如传递函数、状态方程等）。

（2）利用MATLAB或Simulink软件，搭建典型环节模型。

（3）对模型进行参数设置，确保模型符合实验要求。

2. 进行模拟实验（1）输入实验数据，如输入信号、系统参数等。

（2）启动模拟实验，观察典型环节在不同输入信号下的输出响应。

（3）记录实验数据，如输出信号、系统状态等。

3. 分析实验结果（1）分析典型环节在系统中的作用和效果。

（2）比较不同典型环节在相同输入信号下的输出响应。

（3）总结实验结果，提出改进建议。

五、实验结果与分析1. 实验结果（1）在输入信号为正弦波时，典型环节的输出信号为相应的正弦波。

（2）在输入信号为方波时，典型环节的输出信号为相应的方波。

（3）在输入信号为阶跃信号时，典型环节的输出信号为相应的阶跃信号。

2. 分析（1）典型环节在系统中起到了滤波、放大、延迟等作用。

（2）不同类型的典型环节对输入信号的处理效果不同，如传递函数适用于模拟信号处理，状态方程适用于数字信号处理。

（3）实验结果表明，典型环节的设计和选择对系统性能有重要影响。

六、实验结论1. 通过模拟实验，验证了典型环节在系统中的作用和效果。

2. 掌握了典型环节的设计方法和应用技巧。

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，加深对典型电路环节的理解，掌握电路分析和模拟技术，提高实际应用能力。

二、实验仪器与设备。

1. 信号发生器。

2. 示波器。

3. 电压表。

4. 电流表。

5. 电阻箱。

6. 电感。

7. 电容。

8. 多用电表。

9. 直流稳压电源。

10. 模拟电路实验箱。

三、实验内容。

1. 一阶电路的模拟实验。

首先，我们搭建了一个简单的一阶电路，包括一个电阻和一个电容。

通过改变输入信号的频率，我们观察到电压和相位随频率的变化规律，验证了一阶电路的频率响应特性。

2. 二阶电路的模拟实验。

接着，我们搭建了一个二阶电路，包括一个电阻、一个电感和一个电容。

通过改变输入信号的频率和幅值，我们观察到了电路的频率响应和幅频特性，并绘制了幅频特性曲线和相频特性曲线。

3. 交流电桥路的模拟实验。

最后，我们进行了交流电桥路的模拟实验，通过调节电阻箱和电容箱的数值，平衡电桥，测得了未知电阻和未知电容的数值。

四、实验结果与分析。

通过本次实验，我们深入了解了一阶电路、二阶电路和交流电桥路的特性，掌握了电路分析和模拟技术，提高了实际应用能力。

我们通过实验数据的分析，验证了理论知识，加深了对电路特性的认识，为今后的电路设计和分析打下了坚实的基础。

五、实验总结。

本次实验使我们更加熟悉了典型电路环节的特性和分析方法，提高了我们的动手能力和实际操作技能。

通过实验，我们不仅加深了对电路理论知识的理解，而且提高了实际应用能力，对今后的学习和科研工作都具有重要意义。

六、实验心得。

通过本次实验，我们深刻体会到了实验与理论相结合的重要性，只有通过实际操作，我们才能更好地理解和掌握理论知识。

同时，实验中我们也遇到了一些问题，但通过团队合作和老师的指导，我们顺利地完成了实验，并取得了令人满意的结果。

七、参考文献。

1. 《电路分析》，XXX，XXX出版社，XXXX年。

2. 《电路模拟与实验》，XXX，XXX出版社，XXXX年。

课程称呼：统制表面乙指挥教授：结果：之阳早格格创做真验称呼：统制系统典型关节的模拟真验典型：共组教死姓名：一、真验手段战央供（必挖）二、真验真质战本理（必挖）三、主要仪器设备（必挖）四、支配要领战真验步调五、真验数据记录战处理六、真验截止与分解（必挖）七、计划、心得一、真验手段战央供1．认识超矮频扫描示波器的使用要领2．掌握用运搁组成统制系统典型关节的电子电路3．丈量典型关节的阶跃赞同直线4．铜饱哦是暗夜男相识典型关节中参数的变更对于输出动背本能的效率二、真验真质战本理以运算搁大器为核心元件，由其分歧的RC输进搜集战反馈搜集组成的百般典型关节，如下图所示.左图中不妨得到：由上式可供得有下列模拟电路组成的典型关节的传播函数及其单位阶跃赞同1．积分关节连交电路图如下图所示战第一个真验相共，电源为峰峰值为30V 的阶跃函数电源，运搁为LM358型号运搁.正在那次真验中，R2本去不出当前电路中，所以咱们不妨共时安排R1的值战C 的值去改变该传播函数的其余参量值.简直表白式为：式中：RC T =由表白式不妨绘出正在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃赞同图像真验央供积分关节的传播函数需要达到（1）ss G 1)(1=（2）ss G 5.01)(2= 2．比率微分关节连交电路图如下图所示正在该电路中，真验器材战第一次真验与第二次真验稳定，R2仍旧牢固为1M 不改变.R1与C 并联之后与运算搁大器的背端贯串，R2交正在运搁的输出端战背输进端二端，起到了背反馈安排效率.简直表白式为： 式中，12R R K =，C R T 1= 由表白式不妨绘出正在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃赞同图像真验央供惯性关节的传播函数需要达到（1）s s G +=2)(1（2）s s G 21)(2+=3．惯性关节连交电路图如图所示正在该图中，电源由统制表面电子模拟箱中的阶跃赞同电源去代替，电源的峰峰值为30V ；正在模拟电子箱中，运算搁大器采与LM358型号的运算搁大器.正在统制表面电子模拟箱中，R2是一个牢固值，牢固为1M Ω，所以咱们不妨安排R1战C 去改变阶跃赞同函数图像的其余参数.电阻R2战电容C 并联交进正在运搁的背输进端战输出端之间，起到了背反馈安排效率.简直导出式如下 式中，12R R K =，C R T 2= 由表白式不妨绘出正在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃赞同图像真验央供惯性关节的传播函数需要达到（1）11)(1+=s s G （2）15.01)(2+=s s G 三、主要仪器设备1．统制表面电子模拟真验箱一台2．超矮频缓扫描示波器一台3．万用表一只四、支配要领战真验步调（1）依照电路本理图，将本质的电路图连交起去（2）根据真验央供的传播函数算出R 1与C 的值.正在真验1中，T=RC=1，所以与R 1=1M Ω，C=1μF ；正在真验2中，T=RC=0.5，所以与R1=1M ΩμF （由二个1μμF 的电容）（3）将示波器的二个表笔交进输出端战输进端（4）交通电源，按下按钮，瞅察正在阶跃函数的直流电源激励下，输出端的阶跃赞同.2．比率微分关节（1）依照电路本理图，将本质的电路图连交起去（2）根据真验央供的传播函数算出R2、R1与C的值.由于R2牢固为1MΩ，所以只可安排R1战C的值去完毕真验.正在真验1中，K=2，T=1，所以与R1=0.5，R2Ω，C=1/R1=2μF （由二个1MΩΩ的电阻，由二个1μF并联起去得到2μF的电容）正在真验2中，K=1，T=2，所以R1=R2=1MΩ，C=1μF（3）将示波器的二个表笔交进输出端战输进端（4）交通电源，按下按钮，瞅察正在阶跃函数的直流电源激励下，输出端的阶跃赞同.3．惯性关节（1）依照电路本理图，将本质的电路图连交起去（2）根据真验央供的传播函数算出R1、R2与C的值.真验箱中R2电阻牢固为1MΩ.正在真验1中，T=1，K=1，所以R1=R2=1MΩ，C=1μF；正在真验2中，T=0.5，K=1，所以R1=R2=1MΩμF（由二个1μμF 的电容）（3）将示波器的二个表笔交进输出端战输进端（4）交通电源，按下按钮，瞅察正在阶跃函数的直流电源激励下，输出端的阶跃赞同.五、真验数据记录战处理1．积分关节（1）s s G 1)(1=（2）s s G 5.01)(2=2. 比率积分关节（1）s s G +=2)(1（2）s s G 21)(2+=3. 惯性关节（2）15.01)(2+=s s G六、真验截止与分解1．真验截止分解（1）积分关节 ①s s G 1)(1=表面值：降高时间为15s ，输出电压为15V .本质值：输出电压为14.2V ，降高时间为13.0s.缺面为9.0%与5.3% ②s s G 5.01)(2=表面值：降高时间为7.5s ，输出电压为15V .本质值：输出电压为14.2V ，降高时间为7.32s.缺面为3.0%与5.3%（2）比率积分关节①s s G +=2)(1表面值：降高时间70ms ，降高电压15V本质值：降高时间72.0ms ，降高电压14.8V .缺面为2.8%战1.3%. ②s s G 21)(2+=表面值：降高时间140ms ，降高电压15V本质值：降高时间为132ms ，降高电压为14.2V .缺面为5.7%战5.3%（3）惯性关节 ①11)(1+=s s G 表面值：时间常数为1s ，降高时间为4s ，降高电压1V本质值：降高时间为3.02s ，降高电压为1.00V . ②15.01)(2+=s s G 表面值：时间常数为0.5s ，降高时间为2s ，降高电压1V本质值：降高时间为1.38V ，降高电压为1.00V .2．真验缺面分解（1）运算搁大器处事状态下本去不是理念状态，引导本质值战表面值出进较多.（2）示波器的读数时，采与了光标丈量的要领.用肉眼预计是可达到仄稳值，制成了一定的缺面.（3）惯性关节的缺面比较大，大概是咱们不等到储能式电容局部将电量真足搁出便启通了电源，继承了下一步真验，引导降高时间战表面值相比，缺面很大，以至出现了过失.（4）积分关节战比率积分关节的降高电压均不达到15V，本果大概是微弱电流正在较大电阻值上爆收了压落，进而使被测值与表面值存留缺面.（5）比率积分关节的输出电压达到宁静之后，出现了一定范畴内的动摇，使得波形非常搀纯.本果大概是果为电容正在不竭充电战搁电的历程中，制成了一定范畴内的阻僧震荡.3．真验思索题分解（1）用运搁模拟典型关节时，其传播函数真正在那二个假设条件下近似导出的？问：假定运搁具备理念的“真短”战“真断”个性；运搁的固态量为整，输进量、输出量战反馈量皆不妨用瞬时值表示其动背变更.（2）积分关节战惯性关节主要不共是什么？正在什么条件县，惯性关节不妨近似天视为积分关节？正在什么条件下，又不妨视为比率关节？问：惯性关节的个性是，当输进做阶跃变更时，输出旗号不克不迭坐刻达到稳态值，稳态输出以指数顺序变更，而级分关节，当输进为单位阶跃旗号的时间，输出为输进对于时间的积分，输出旗号随时间浮现直线删少，当t趋背于无贫大的时间，惯性关节不妨近似的视为积分关节，当趋于0的时间，惯性关节不妨近似的视为比率关节.（3）怎么样根据阶跃赞同的波形，决定积分关节战惯性关节的时间常数？问：用示波器的“时标”启闭测出渡过时间t.由公式T=t/4预计时间常数.七、计划、心得1.阶跃赞同的输进不宜过大，可则会烧坏运算搁大器.2.电容式储能元件，使用完之后一定要先对于其举止搁面处理，才搞举止下一次真验.3.波形瞅察终端会出现阻僧震荡，是电容充电战搁电的时间出现的情况.4.惯性关节的个性是，当输进x（t）做阶跃变更时间，输出y （t）不克不迭坐刻达到稳态值，瞬态输出以指数顺序变更.二积分关节，当输进为单位阶跃旗号的额时间，输出为输进对于时间的积分，输出波形随时间浮现删少.5.当t趋背于无贫大时（s趋近于0），惯性关节不妨近似视为积分关节；当t趋近于0（s趋近于无贫大）时，惯性关节课近似视为比率关节.6.通过本次真验，将课上教过的表面分解战真验历程战截止分解稀切的分离正在所有，正在明白了何如真止积分关节、比率微分关节战惯性关节的电路的共时，也充分明白传播函数正在电路系统的统制关节核心的要害性.那次真验虽然很简朴，但是却对于咱们以去的统制表面真验挨下了前提.。

课程名称：控制理论乙指导老师：成绩：实验名称：控制系统典型环节的模拟实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求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．铜鼓哦是暗夜男了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响二、实验内容和原理以运算放大器为核心元件，由其不同的RC输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如下图所示。

右图中可以得到：由上式可求得有下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应1．积分环节连接电路图如下图所示和第一个实验相同，电源为峰峰值为30V的阶跃函数电源，运放为LM358型号运放。

在这次实验中，R2并不出现在电路中，所以我们可以同时调节R1的值和C的值来改变该传递函数的其他参量值。

具体表达式为：式中：由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像实验要求积分环节的传递函数需要达到（1）（2）2．比例微分环节连接电路图如下图所示在该电路中，实验器材和第一次实验与第二次实验不变，R2仍然固定为1M不改变。

R1与C并联之后与运算放大器的负端相连，R2接在运放的输出端和负输入端两端，起到了负反馈调节作用。

具体表达式为：式中，，由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像实验要求惯性环节的传递函数需要达到（1）（2）3．惯性环节连接电路图如图所示在该图中，电源由控制理论电子模拟箱中的阶跃响应电源来代替，电源的峰峰值为30V；在模拟电子箱中，运算放大器采用LM358型号的运算放大器。

在控制理论电子模拟箱中，R2是一个固定值，固定为1MΩ，所以我们可以调整R1和C来改变阶跃响应函数图像的其他参数。

电阻R2和电容C并联接入在运放的负输入端和输出端之间，起到了负反馈调节作用。

自动控制原理实验报告实验名称：班级：姓名：学号：实验一典型环节的模拟研究一、实验目的1、学习典型环节模拟电路，通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握自动控制实验箱的使用方法。

2、掌握典型环节的matlab软件仿真方法。

3、了解并掌握各典型环节的传递函数及其特性，观察和分析个典型环节的响应曲线。

二、实验内容1、构成个典型环节模拟电路，计算传递函数，明确各参数物理意义2、用Matlab软件仿真个典型环节的阶跃响应，分析其性能。

3、在自控实验箱中搭建个典型环节的模拟电路，调节模拟电路参数，观测并记录各环节的阶跃响应曲线，研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。

4、将软件仿真结果与模拟电路观测的结果作比较。

三、实验步骤1、构成典型环节模拟电路（1）比例环节传递函数为：G（s）=K=R2/R1，R1=200K, R2=100K或R2=200K（2）积分环节传递函数为：G（s）=1/(T*s),T=R1*C1，R1=200K，C1=1.0uF或2.0uF（3）比例积分环节传递函数为：G（s）=K+1/(T*s), K=R4/R3，T=R3*C1，R1=200K，C1=1.0uF或2.0uF（4）微分环节传递函数为：G（s）=Ts，T=R2*C1，R2=100K，C1 =0.1uF（5）比例微分环节传递函数为：G（s）=K+Ts，K=R2/R1，T=R2*C1，R2=100K，C1 =0.1uF（6）惯性环节传递函数为：G（s）=K/(Ts+1)，K=R2/R1，T=R2*C1，C1=1.0uF或2.0uF2、用Matlab软件仿真实现各典型环节阶跃响应，并保存不同参数下各环节的阶跃响应曲线；（1）比例环节R2=200K：g=tf(200,200);step(g)R2=100K：g=tf(100,200);step(g)（2）积分环节C1=1.0uF：g=tf(1,[0.2 ,0]);step(g), axis([0 1 0 5])C1=2.0uF：g=tf(1,[0.4,0]);step(g), axis([0 1 0 2.5])（3）比例积分环节C1=1.0uF：g=tf([0.2,1],[0.2,0]);step(g), axis([0 1 0 10.5])C1=2.0uF：g=tf([0.4,1],[0.4,0]);step(g), axis([0 1 0 5.5])（4）微分环节不能用step（）函数，用Simulink仿真（5）比例加微分环节不能用step（）函数，用Simulink仿真R1=20KR1=100K（6）惯性环节C1=1.0uFg=tf(1,[0.2,1]);step(g)C2=2.0uFg=tf(1,[0.4,1]);step(g)3、在自控实验箱中搭建各环节模拟电路，观测并记录个典型环节阶跃响应曲线，调整参数，重复进行。

第1篇实验名称：典型环节测试实验实验日期：2023年4月10日实验地点：XX实验室实验目的：1. 了解典型环节测试的基本原理和方法。

2. 通过实际操作，验证测试方法的可行性和有效性。

3. 提高对典型环节测试的理解和应用能力。

实验原理：典型环节测试是通过对系统或设备的关键环节进行模拟测试，以评估其性能和可靠性的一种方法。

本实验选取了XX系统中的典型环节进行测试，通过模拟实际运行条件，对各个环节进行性能测试和故障诊断。

实验仪器与材料：1. XX系统一台2. 测试仪器一套（包括信号发生器、示波器、万用表等）3. 实验数据记录表实验步骤：1. 准备工作：将XX系统连接好，检查各连接线路是否正确，确认测试仪器工作正常。

2. 环节一：测试XX系统的启动环节。

观察系统启动时间、启动过程是否正常，记录相关数据。

3. 环节二：测试XX系统的运行环节。

观察系统运行过程中的各项性能指标，如温度、压力、电流等，记录数据。

4. 环节三：测试XX系统的故障诊断环节。

模拟故障情况，观察系统是否能正确识别故障，并记录相关数据。

5. 数据处理与分析：对测试数据进行整理和分析，找出异常情况，提出改进措施。

实验结果与分析：1. 环节一：XX系统启动时间为5秒，启动过程正常。

启动环节性能良好。

2. 环节二：XX系统运行过程中，温度、压力、电流等性能指标均在正常范围内。

运行环节性能稳定。

3. 环节三：模拟故障情况下，XX系统能够正确识别故障，并及时发出警报。

故障诊断环节性能良好。

结论：通过本次典型环节测试实验，验证了典型环节测试方法的可行性和有效性。

实验结果表明，XX系统在启动、运行和故障诊断环节均表现出良好的性能。

针对实验中发现的问题，提出以下改进措施：1. 优化启动环节，缩短启动时间。

2. 加强运行环节的监测，确保各项性能指标稳定。

3. 优化故障诊断环节，提高故障识别准确性。

实验总结：本次典型环节测试实验，使我们对典型环节测试有了更深入的了解。

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。

实验一 典型环节的模拟研究一、实验目的1. 熟悉THBDC -1型 控制理论实验平台及“THBDC -1”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 控制理论实验平台；2. PC 机一台(含“THBDC -1”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：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。

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。

图1-3Ts S U S U s G i O 1)()()(==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：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1-44. 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：)1()1()(112CS R R R TS K s G +=+= 其中C R T R R K D 112,/==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 D 时PD 的输出响应曲线。

典型环节的模拟研究实验总结引言模拟研究实验是在控制条件下对特定环节进行模拟和研究的科学方法。

通过模拟重现典型环节中的各种因素，我们可以深入了解该环节的工作原理、关键要素以及其对整体系统的影响。

本文将通过对典型环节的模拟研究实验进行总结，探讨实验设计、结果解读以及实验应用等方面的内容。

一、实验设计1.1 实验目的在典型环节的模拟研究实验中，首先需要明确实验的目的。

实验目的可以是对特定环节的性能进行评估，也可以是对环节中的关键要素进行优化或改进。

1.2 实验方案实验方案是如何组织、设计和实施实验的详细计划。

其中包括实验的基本设定、样本选择、数据采集方法、实验操作等。

1.3 变量和控制在典型环节的模拟研究实验中，我们需要明确实验中所涉及的变量和控制条件。

变量是我们关心的研究对象，而控制条件是为了保证实验的可靠性和有效性而设置的条件。

1.4 实验过程实验过程是指实验的具体操作和步骤。

在典型环节的模拟研究实验中，我们可以根据实验方案进行实验操作，采集数据，并记录相关的观察结果和评价指标。

二、结果解读2.1 数据分析在典型环节的模拟研究实验中，我们需要对实验采集到的数据进行分析和解读。

数据分析可以包括描述统计、推断统计和模型建立等方面的内容。

2.2 实验结果实验结果是对数据分析的总结和归纳。

通过典型环节的模拟研究实验，我们可以得到关于该环节的性能表现、关键要素的影响程度以及可能的优化方向等相关结果。

2.3 结果验证结果验证是为了验证实验结果的稳健性和可靠性。

通过重复实验或与现实环境进行对比分析，我们可以进一步确认实验结果的准确性。

三、实验应用3.1 环节改进通过典型环节的模拟研究实验，我们可以找到该环节的改进潜力和优化方向。

通过对关键要素的调整和改善，可以提高环节的效率、质量和可靠性。

3.2 效果评估实验应用也包括对改进措施效果的评估和验证。

通过与实际环境进行对比，我们可以评估改进措施的实际效果是否与实验结果一致。

实验一典型环节的模拟研究实验原理1、比例环节该环节的传递函数为（式1.1）图1.1 比例环节模拟电路图1.2 比例环节输出波形图比例环节的模拟电路如图1.1所示，其传递函数为（式1.2）比较（式1.1）和（式1.2）得（式1.3）当输入为单位阶跃信号时，即Ui(t)=1(t)时，Ui(s)=1/S。

则由（式1.1）得到所以输出响应为U0(t)=K (t≥0) （式1.4）其输出波形如图1.2所示。

2、积分环节该环节的传递函数为（式1.5）积分环节的模拟电路如图1.3所示。

图1.3 积分环节模拟电路图1.4 积分环节输出波形图积分环节模拟电路的传递函数为（式1.6）比较奥（式1.5）和（式1.6）得T=R0C（式1.7）当输入为单位阶跃信号时，即U i(t)=1(t)时，U i(S)=1/S.则由（式1.5）得到所以输出响应为（式1.8）其输出波形如图1.4所示3、惯性环节该环节的传递函数为（式1.9）惯性环节的模拟电路如图1.5所示。

图1.5 惯性环节模拟电路图1.6 惯性环节输出波形图惯性环节模拟电路的传递函数为（式1.10）比较（式1.9）和（式1.10）得（式1.11）当输入为单位阶跃信号时，即Ui(t)=1(t)时，Ui(S)=1/S，则由（式9）得到所以输出响应为（式1.12）其输出波形如图1.6所示。

4、振荡环节（二阶系统）图1.7是典型二阶系统方框图，其中T0=1s,T1=0.1s。

图1.7 典型二阶系统方框图该环节的传递函数为（式1.13）式中，①欠阻尼情况（即0<ξ<1）时，二阶系统的阶跃响应为衰减振荡，如图1.8中曲线①所示。

（t≥0）（式1.14）式中，峰值时间可由（式1.14）对时间求导数，并会它等于零得到（式1.15）超调量Mp:由Mp=C（t p）-1求得（式1.16）调节时间t s,采用2%允许误差范围时，近似地等于系统时间常数的四倍，即（式1.17）②临界阻尼情况（即ξ=1）时，系统的阶跃响应为单调的指数曲线，如图1.8中曲线②所示。

实验一典型环节旳模拟研究一. 实验规定理解和掌握各典型环节旳传递函数及模拟电路图，观测和分析各典型环节旳响应曲线。

二．实验原理(典型环节旳方块图及传递函数)三．实验内容及环节在实验中欲观测实验成果时，可用一般示波器，也可选用本实验机配套旳虚拟示波器。

如果选用虚拟示波器，只要运营W A VE程序即可，WA VE程序旳具体使用阐明见W A VE软件旳协助文本。

1．观测比例环节旳阶跃响应曲线典型比例环节模似电路如图2-1-1所示，该环节用A和C单元构建；在A单元中分别选用R1=100K和R1=200K旳反馈阻值。

实验环节：（1）将信号发生器（U）旳插针‘TD2’用“短路套”短接，使模拟电路中旳场效应管夹断，这时运放处在工作状态。

注：‘TB41'不能用“短路套”短接！（2）构造0~5V阶跃信号：I单元中旳电位器右上边用‘短路套’短接GND，G单元中旳OV/5V测孔连线到I单元旳RN2测孔，按下G单元中旳按键，在I单元中旳电位器中心KV 测孔可得到阶跃信号输出，其值为OV~5V可调。

（3）反馈阻值R1=100K时，A单元中旳TA15和TA112用“短路套”短接，C单元中旳TA36和TA313用“短路套”短接；反馈阻值R1=200K时，A单元中旳TA15和TA111用“短路套”短接，C单元中旳TA36和TA313用“短路套”短接。

（4）把A单元旳AOUT1测孔连线到C单元旳1H3测孔；将模拟电路输入端Ui（1H1）与阶跃信号旳输出KV相联接；模拟电路旳输出端Uo（AOUT3）接至示波器。

（5）按下G单元中按钮时，用示波器观测输出端旳实际响应曲线Uo（t）,且将成果记下。

变化比例参数，重新观测成果,。

2．观测惯性环节旳阶跃响应曲线典型惯性环节模似电路如图2-1-2所示，该环节用D，C单元构建；在D单元中分别选用C=1uf和C=2uf旳反馈值。

第三章自动控制原理实验3.1 线性系统的时域分析3.1.1典型环节的模拟研究一. 实验目的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．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二．典型环节的结构图及传递函数三．实验内容及步骤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.。

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，观测结果，填入实验报告运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。

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 === ； 单位阶跃响应： K )t (U =实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产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。

① 在显示与功能选择（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（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= 4V （D1单元右显示）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。

（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（3 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），观测A5B 输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ）见图3-1-2。

示波器的截图详见虚拟示波器的使用。

第三章 自动控制原理实验3.1 线性系统的时域分析 3.1.1典型环节的模拟研究一. 实验目的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． 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二．典型环节的结构图及传递函数方 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．实验内容及步骤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.。

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，观测结果，填入实验报告运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。

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 === ； 单位阶跃响应： K )t (U =实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产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。

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。

课程名称：控制理论乙指导老师：成绩：实验名称：控制系统典型环节的模拟实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求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．铜鼓哦是暗夜男了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响二、实验内容和原理以运算放大器为核心元件，由其不同的RC输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如下图所示。

右图中可以得到：由上式可求得有下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应连接电路图如下图所示和第一个实验相同，电源为峰峰值为30V 的阶跃函数电源，运放为LM358型号运放。

在这次实验中，R2并不出现在电路中，所以我们可以同时调节R1的值和C 的值来改变该传递函数的其他参量值。

具体表达式为：式中：RC T =由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像实验要求积分环节的传递函数需要达到（1）s s G 1)(1=（2）ss G 5.01)(2= 2．比例微分环节连接电路图如下图所示在该电路中，实验器材和第一次实验与第二次实验不变，R2仍然固定为1M 不改变。

R1与C 并联之后与运算放大器的负端相连，R2接在运放的输出端和负输入端两端，起到了负反馈调节作用。

具体表达式为： 式中，12R R K =，C R T 1= 由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像实验要求惯性环节的传递函数需要达到（1）s s G +=2)(1（2）s s G 21)(2+=连接电路图如图所示在该图中，电源由控制理论电子模拟箱中的阶跃响应电源来代替，电源的峰峰值为30V ；在模拟电子箱中，运算放大器采用LM358型号的运算放大器。

在控制理论电子模拟箱中，R2是一个固定值，固定为1M Ω，所以我们可以调整R1和C 来改变阶跃响应函数图像的其他参数。

控制系统的典型环节的模拟实验报告精编W O R D版IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】课程名称：控制理论乙指导老师：成绩：实验名称：控制系统典型环节的模拟实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求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．铜鼓哦是暗夜男了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响二、实验内容和原理以运算放大器为核心元件，由其不同的RC 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如下图所示。

右图中可以得到：由上式可求得有下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应1．积分环节连接电路图如下图所示和第一个实验相同，电源为峰峰值为30V 的阶跃函数电源，运放为LM358型号运放。

在这次实验中，R2并不出现在电路中，所以我们可以同时调节R1的值和C 的值来改变该传递函数的其他参量值。

具体表达式为：式中：RC T =由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像实验要求积分环节的传递函数需要达到（1）s s G 1)(1=（2）ss G 5.01)(2= 2．比例微分环节连接电路图如下图所示在该电路中，实验器材和第一次实验与第二次实验不变，R2仍然固定为1M 不改变。

R1与C 并联之后与运算放大器的负端相连，R2接在运放的输出端和负输入端两端，起到了负反馈调节作用。

具体表达式为：式中，12R R K =，C R T 1= 由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像实验要求惯性环节的传递函数需要达到（1）s s G +=2)(1（2）s s G 21)(2+=3．惯性环节连接电路图如图所示在该图中，电源由控制理论电子模拟箱中的阶跃响应电源来代替，电源的峰峰值为30V ；在模拟电子箱中，运算放大器采用LM358型号的运算放大器。