模拟类实验1

实验一 典型环节的模拟研究一、实验目的:1.了解并掌握XMN-2型《自动控制原理》学习机的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。

2.熟悉各种典型线性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、实验设备1． XMN-2型机。

2． CAE98。

3． 万用表。

三、实验内容：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。

1、比例（P ）环节：其方块图如图1-1A 所示。

KU o (S)U i (S)图1-1A 比例环节方块图2、积分(I)环节。

其方块图如图1-2A 所示。

U o (S)U i (S)1TS图1-2A 积分环节方块图3、比例积分（PI ）环节。

其方块图如图1-3A 所示。

TS1KU i (S)U o (S)图1-3A PI方块图4、惯性（T ）环节。

其方块图如图1-4A 所示。

其传递函数为TSS U S U i 1)()(0= (1-2)其传递函数为：K S U S U i =)()(0 (1-1)其传递函数为：K S U S U i =)()(0+TS 1 (1-3)U i (S)K U o (S)图1-4A 惯性环节方块图TS+15、比例微分（PD ）环节。

其方块图如图1-5A 所示。

图1-5A PD方块图TSU o (S)1KU i (S)6、比例积分微分（PID ）环节。

其方块图如图1-6A 所示。

U o (S)图1-6A PID方块图1K p T I S U i (S)T D四、实验内容及步骤五、思考题： 1、由运算放大器组成的各种环节的传递函数是在什么条件下可推导出的？输入电阻、反馈电阻的阻值范围可任意选用吗？答：忽略极小的参数影响，如晶体管的极间电容的，也忽略噪声影响，进行估算的。

不能任意选用。

如果电阻阻值选取得太大（并联值大），由运放输入失调电流引起的附加 失调电压也会大（乘积项），这不利于运放零位输出的稳定性。

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=。

实验一 典型环节的模拟研究一．实验目的1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握自动控制综合实验台的使用方法。

2．了解并掌握各典型环节的传递函数及其特性，观察和分析各典型环节的响应曲线，掌握电路模拟研究方法。

二．实验内容1．搭建各种典型环节的模拟电路，观测并记录各种典型环节的阶跃响应曲线。

2．调节模拟电路参数，研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。

三．实验步骤在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器。

1．观察比例环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：阶跃信号、示波器、实验电路A1、实验电路A2。

注： a.掌握示波器的使用、标定和测量。

b.搭建阶跃信号的电路，用示波器观察波形。

c.了解运算放大器的引脚定义。

典型比例环节模拟电路如图1-1-1所示，比例环节的传递函数为：0()()i U s K U s图1-1-1典型比例环节模拟电路实验步骤：（1） 设置阶跃信号源：A ．将阶跃信号区的“0～1V ”端子与实验电路A1的“Ui ”端子相连接B ．按压阶跃信号开关按钮就可以在“0～1V ”端子产生阶跃信号。

C. 用示波器通道CH2观察。

（2） 搭建典型比例环节模拟电路：A ．将实验电路A1的“OUT1”端子与实验电路A2的“IN ”端子相连接；B ．按照图1-1-1拨动阶跃信号开关按钮：（3） 连接示波器：将实验电路A2的“Uo ”与示波器通道CH1相连接。

（4） 输入阶跃信号，通过示波器观测输出阶跃响应曲线并进行记录。

2．观察积分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：阶跃信号、示波器、实验电路A1、实验电路A2。

典型积分环节模拟电路如图1-1-2所示，积分环节的传递函数为：0()1()i U s U s TS=图1-1-2典型积分环节模拟电路同上1实验步骤3．观察比例积分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：阶跃信号、示波器、实验电路A3、实验电路A5。

典型比例积分环节模拟电路如图1-1-3所示，比例积分环节的传递函数为：0()1()i U s K U s TS=+图1-1-3典型比例积分环节模拟电路同上1实验步骤4．观察微分环节的阶跃响应曲线 实验中所用到的功能区域：阶跃信号、示波器、实验电路A1、实验电路A2。

模拟电路实验一报告学院信息科学与工程学院班级学号姓名一、实验题目元器件的识别和测试二、实验摘要识别电阻器、电容器、二极管、三极管和场效应管，并用万用表测量。

三、实验环境万用表、电阻器、电容器、二极管、三极管、场效应管、镊子等。

四、实验内容1、识别电阻器种类，用万用表测量电阻器阻值，判断其好坏，计算测量误差。

2、识别电容器种类，用万用表测量电容器容量值，计算测量误差。

3、识别二极管种类，用万用表判断二极管的极性，测量其正向导通电压。

4、万用表确定三极管种类和极性，测量其静态电流放大倍数。

5、用万用表判断场效应管的好坏。

五、实验步骤1、电阻器的测量○1将万用表转换开关调至“×200Ω”档位上；○2将两表笔短接，读数为零，证明万用表是准确的；○3用两表笔分别接触被测五环电阻两引脚进行测量，读数并记录；○4将万用表转换开关调至“×2KΩ”档位上；○5用两表笔分别接触被测四环电阻两引脚进行测量，读数并记录；2、电容器的测量○1将红表笔插到有Cx相连的孔中，将转换开关调至“×2μF”档位上；○2取出电解电容，红表笔接长脚（正），黑表笔接短脚（负），读数并记录；○3将转换开关调至“×20nF”档位上；○4取出CBB电容，用两表笔分别接触被测电容两引脚进行测量，读数并记录。

3、二极管的测量○1将红表笔插到VΩ孔中，将转换开关调至“二极管”档位上；○2取出发光二极管，用两表笔分别接触二极管两引脚进行测量；○3若万用表读数为零则为反向电压，将两表笔对调测量，读数并记录二极管正负极与正向导通电压；○4重复○2、○3两个步骤，分别测量整流二极管和稳压二极管。

4、三极管的测量○1先判别基极和管型：三极管内部有两个PN结，即集电结和发射结，与二极管相似，三极管内的PN结同样具有单向导电性。

因此可用万用表电阻档判别出基极b和管型。

例如测NPN型三极管，当用黑表笔接基极b，用红表笔分别搭试集电极c和发射极e，测得阻值均较小；反之，表笔位置对换后，测得电阻均较大。

2022届新高考化学实验模拟训练1一、选择题每小题有一个选项符合题意，共24分。

1．(山东聊城市2022高三一模)下列有关实验的说法，错误的是( )A．苯酚不慎沾到皮肤上，应立即先用酒精洗涤，再用水冲洗B．除去石英砂中的少量碳酸钙，可用稀硫酸溶解后过滤分离C．用少量酒精洗去硫酸亚铁铵晶体表面附着的水分D．制备乙酸乙酯时，向试管中依次加入乙醇、浓硫酸、乙酸、碎瓷片，再加热2．(山东青岛市2021-2022高三下学期第一次模拟)测定浓硫酸试剂中H2SO4含量的主要操作包括：①量取一定量的浓硫酸并稀释；②转移、定容得待测液；③移取20.00mL待测液，用0.1000mol/LNaOH溶液滴定。

完成上述操作，下列仪器中不需要用到的有A．1种B．2种C．3种D．4种3．(山东2022届高三联考)下列关于气体的制备、净化、收集、尾气吸收等过程，仪器、操作及试剂正确的是( )A．利用图甲装置，选用NH4Cl和NaOH固体制备NH3 B．利用图乙装置，收集Cl2 C．利用图丙装置，除去NH3中混有的水蒸气D．利用图丁装置，吸收SO2尾气4．(山东聊城市2022高三一模)下列实验所选装置正确的是( )A．①检查装置气密性B．②用纯碱和稀硫酸制备二氧化碳C．③用已知浓度的氢氧化钠溶液测定未知浓度盐酸D．④选择合适试剂，分别制取少量CO2、NH3、NO和O25．(山东青岛市2022高三一模)完成下列实验所选择的装置正确的是( )选项A B C D实验准确量取一定体积的KMnO4标准溶液高温熔融烧碱用图示的方法检查此装置的气密性蒸发FeCl3溶液制取无水FeCl3装置6．(山东滨州市2021-2022学年高三上学期期末)下列装置能达到相应实验目的的是( )7．(山东青岛市2022高三一模)为完成下列各组实验，所选玻璃仪器和试剂均准确、完整的是(不考虑存放试剂的容器)选项实验目的玻璃仪器试剂A 海带提碘中反萃取获得碘烧杯、玻璃棒、分液漏斗浓NaOH溶液、45%硫酸溶液B 滴定法测定H2C2O4含量酸式滴定管、烧杯、胶头滴管KMnO4标准溶液C比较Mg、Al 试管、胶头滴管MgCl2溶液、AlCl3A．制备并收集少量NH3B．制备氢氧化铁胶体C防止金属铁被腐蚀D．验证反应产物CO2金属性的强弱溶液、浓NaOH 溶液D比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果试管、胶头滴管CuSO4溶液、FeCl3溶液、5% H2O2溶液8．(山东潍坊市2022届高三一模)根据实验操作和现象所得出的结论正确的是( )实验操作现象结论A 向FeCl2和KSCN的混合溶液中滴入硝酸酸化的AgNO3溶液生成沉淀，溶液变红氧化性：Fe3＋<Ag＋B 将蔗糖和稀硫酸混合并水浴加热一段时间，调pH至碱性，加入新制适量氢氧化铜悬浊液，加热产生砖红色沉淀蔗糖水解生成葡萄糖C向浓溴水中滴加苯酚有白色沉淀生成苯环对羟基活性产生影响D将有机物C6H10O滴加到盛有溴水的试管中溴水颜色褪去C6H10O分子中一定含有碳碳双键二、选择题每小题有一个或两个选项正确，共16分。

实验一：模拟调制系统调制及解调模拟实验要求：1、 学生按照实验指导报告独立完成相关实验的内容；2、 上机实验后撰写实验报告，记录下自己的实验过程，记录实验心得。

3、 以电子形式在规定日期提交实验报告。

实验指导一、线性调幅1. 普通调幅原理介绍： 普通调幅即：AM 幅度调制 ，常规双边带幅度调制(Double-SideBand Modulation Passband) 其中输入信号是u(t),输出信号是y(t)，y(t)是个实信号，若u(t)=0cos u t Ω，则有()(())cos(2)()(cos())cos(2)c c c a c a cy t u t U f t y t U m t f t u m U απθαπθ=++=+Ω+=① 其中，α是输入信号的偏移，c f 是载波频率，θ是初始相位（设θ=0），c U 是载波幅度，a m 是调制指数。

传输载波时，α=1；不传输载波时，α=0。

()(1cos )cos ()cos cos()cos()22c a c a a c c c c y t U m t tm m y t U t t tωωωω=+Ω=++Ω+-Ω ② 由②得出，幅度调制的结果含有：载波c ω、上边带()c ω+Ω、下边带()c ω-Ω的成分，双边带幅度调制的输出包含了载频高端和低端的频率成分。

参数说明：DSB AM Modulator Passband(双边带频带幅度调制器)的主要参数DSB AM Demodulator Passband(双边带频带幅度解调器)的主要参数系统仿真框图：本例中信源是一个幅度为0.7，频率为8HZ的正弦信号。

各模块的参数设置：结果显示：AM幅度调制后信号的频域图：（可见载频两旁的边带成分）AM幅度调制后信号的时域图：系统仿真中示波器的波形图：（分别为调解波形、原始波形和调制波形）2.双边带调制原理介绍：即：双边带抑制载波幅度调制，为了提高调制效率，在双边带幅度调制的基础上抑制掉载波分量，使总功率全部包含在双边带中，这样就形成了双边带抑制载波幅度调制。

实验1 模拟火山喷发实验（第2课火山）实验材料：三脚架、小瓷盘、酒精灯、火柴、土豆泥、番茄酱。

实验步骤：1、模拟实验：用番茄酱做岩浆，土豆泥做地壳，把土豆泥放在小瓷盘中，摊成薄饼状，中间倒入适量番茄酱包好，做成山的形状。

2、把小瓷盘放到铁架台上，隔石棉网加热，看到岩浆从地壳薄的地方或有裂缝的地方喷出，形成火山。

实验现象：番茄酱会穿过土豆泥冒出来。

实验结论：地壳越往深处温度越高，压力越大，岩浆像烧红了的玻璃似的，通过岩石空隙向上运动。

随着岩浆不断上升，遇到薄弱的地表时，岩浆会喷出地表形成火山。

注意事项：1、土豆泥尽量摊得薄一些。

2、加热时间需要10多分钟，引导学生耐心观察实验现象。

实验2 地震成因模拟实验（第3课地震）实验材料：细木棍或竹筷、毛巾。

实验步骤：1、模拟实验：用不同颜色的毛巾做地层，将毛巾叠成几层，向中间挤压，看毛巾有什么变化？2、用细木棍或竹筷做地壳，拿一根筷子，慢慢用力弯曲，体会手上有什么感觉，观察发生的现象。

实验现象：1、用力挤压毛巾，毛巾会形成褶皱。

2、筷子会断裂，手感觉到麻木。

实验结论：岩层在收到外力时会发生变形，形成褶皱，当受到的外力大到不能承受时，岩层就会突然断裂，形成地震。

注意事项：使用的筷子韧劲不要太大，注意安全。

实验3 卵石磨圆的模拟实验（第4课做一块卵石）实验材料：有盖的大玻璃瓶、水、碎砖块、实验步骤：1、模拟实验：碎石子或用砖头做河道中的石头，装水的大玻璃瓶做流水的河道。

2、把碎砖块放入盛有水的大玻璃瓶里，把瓶口拧紧。

3、用力摇晃瓶子，过一段时间后观察。

实验现象：观察到水变浑浊了，水中有一些砖屑；碎砖块变小了，棱角变光滑了。

实验结论：在水的冲刷和碎砖块的相互碰撞、摩擦的过程中，碎砖块棱角消失变得光滑起来。

从而推想：卵石是在河道中不断受到水的冲击和相互碰撞形成的。

注意事项:1、砖块尽量要小一些，棱角鲜明一点。

2、要用比较长的时间。

实验4 温度对岩石破坏作用的模拟实验（第4课做一块卵石）实验材料：酒精灯、页岩、燃烧钳、水。

实验一典型环节的模拟研究实验要求实验原理实验内容及步骤观察比例环节的阶跃响应曲线观察惯性环节的阶跃响应曲线观察积分环节的阶跃响应曲线观察比例积分环节的阶跃响应曲线观察比例微分环节的阶跃响应曲线观察PID（比例积分微分）环节的阶跃响应曲线表1－1－1一、实验要求了解和掌握各典型环节的传递函数及模拟电路图，观察和分析各典型环节的响应曲线。

二、实验原理(典型环节的方块图及传递函数)三．实验内容及步骤在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。

如果选用虚拟示波器，只要运行LCAACT程序，选择自动控制菜单下的典型环节的模拟研究实验项目，再选择开始实验，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似电路如图3-1-1所示。

该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K、200K来改变比例参数。

图3-1-1 典型比例环节模似电路实验步骤：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，时间量程选‘X4’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3-1-1。

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3-1-2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。

图3-1-2 典型惯性环节模似电路实验步骤：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）。

实验一控制系统典型环节的模拟实验一、实验目的1、掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。

2、测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。

二、实验内容1、对表一所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路(参见表二)2、测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。

3、改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。

三、实验内容及步骤1、观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。

①准备：使运放处于工作状态。

将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“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“阶跃信号单元”（U3）及“给定单元”（U4）组成。

具体线路形成：在U3单元中，将H1与+5V端用1号实验导线连接，H2端用1号实验导线接至U4单元的X端；在U4单元中，将Z端和GND端用1号实验导线连接，最后由插座的Y 端输出信号。

以后实验若再用阶跃信号时，方法同上，不再赘述。

实验步骤：①按表二中的各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。

(PID先不接)②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。

③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。

改变比例参数，重新观测结果。

④同理得积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线参见表三。

2、观察PID环节的响应曲线。

实验步骤：①将U1单元的周期性方波信号(U1 单元的ST端改为与S端用短路块短接，S11波段开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压，信号周期由波段开关S11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)。

②参照表二中的PID模拟电路图，按相关参数要求将PID电路连接好。