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实验1 典型环节的模拟研究一、实验目的1．了解并掌握TD －ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验设备TD －ACC+型实验系统一套；数字示波器、万用表。
三、实验内容及步骤1．实验准备：将信号源单元的“ST ”插针与“S ”端插针用“短路块”短接。
将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT ”端输出的方波幅值为2V ，周期为10s 左右。
2．观测各典型环节对阶跃信号的实际响应曲线 (1) 比例( P )环节① 按模拟电路图1-1接好线路。
注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K 的电阻，实验中不需要再接。
以后的实验中用到的运放也如此。
② 将模拟电路输入 (U i ) 端与信号源的输出端“OUT ”相连接；用示波器观测模拟电路的输入 (U i ) 端和输出 (U o ) 端，观测实际响应曲线U o (t )，记录实验波形及结果于表1-1中。
表1-1阶跃响应： U O (t )=K (t ≥0) 其中 K =R 1R 0⁄实验参数理论计算示波器观测值输入输出波形0R 1Ro 1i 0U R U R =i U o Uo iU U Ωk 200Ωk 1000.5Ωk 200 1R 0=200kΩ；R 1=100kΩ或200kΩ图1-1U i R 0R 1RR10K10K U o(2) 积分( I )环节①按图1-2接好线路。
② 将模拟电路输入 (U i ) 端与信号源的输出端“OUT ”相连接；用示波器观测模拟电路的输入 (U i ) 端和输出 (U o ) 端，观测实际响应曲线U o (t )，测量积分时间T ，记录实验波形及结果于表1-2中。
表1-2阶跃响应： o 01()U t t R C=(t ≥0) 注意：积分时间T 是指积分初始时间到输出值等于输入值时的时间。
⾃动控制原理实验指导书⽬录第⼀章⾃动控制原理实验 (1)实验⼀典型环节模拟⽅法及动态特性 (1)实验⼆典型⼆阶系统的动态特性 (4)实验三典型调节规律的模拟电路设计及动态特性测试 (6)实验四调节系统的稳态误差分析 (8)实验五三阶系统模拟电路设计及动态特性和稳定性分析 (11)实验六单回路系统中的PI调节器参数改变对系统稳定性影响 (13)实验七典型⾮线性环节的模拟⽅法 (15)实验⼋线性系统的相平⾯分析 (17)第⼆章控制理论实验箱及DS3042M（40M）⽰波器简介 (19)第⼀节⾃动控制理论实验箱的简介 (19)第⼆节数字存储⽰波器简介 (20)第⼀章⾃动控制原理实验实验⼀典型环节模拟⽅法及动态特性⼀、实验⽬的1、掌握⽐例、积分、实际微分及惯性环节的模拟⽅法。
2、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性。
⼆、实验设备及器材配置1、⾃动控制理论实验系统。
2、数字存储⽰波器。
3、数字万⽤表。
4、各种长度联接导线。
三、实验内容分别模拟⽐例环节、积分环节、实际微分环节、惯性环节，输⼊阶跃信号，观察变化情况。
1、⽐例环节实验模拟电路见图1-1所⽰传递函数：K R R V V I -=-=120阶跃输⼊信号：2V实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K（2） R 1=100K R 2=200K2、积分环节实验模拟电路见图1-2所⽰传递函数：ST V V I I O 1-= ，其中T I阶跃输⼊信号：2V 实验参数：（1） R=100K C=1µf（2） R=100K C=2µf 3、实际微分环节实验模拟电路见图1-3所⽰传递函数：K ST S T V V D D I O +-=1 其中 T D =R 1C K=12R R 阶跃输⼊信号：2V实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K （2）R 1=100K R 2=200K C=1µf4、惯性环节实验模拟电路见图1-4所⽰传递函数：1+-=TS K V V I O 其中 T=R 2C K=12R R 阶跃输⼊：2V 实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K C=1µf（2） R=100K R 2=100K C=2µfR四、实验步骤1、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节。
自动控制原理实验目录实验一二阶系统阶跃响应（验证性实验） (1)实验三控制系统的稳定性分析（验证性实验） (9)实验三系统稳态误差分析（综合性实验） (15)预备实验典型环节及其阶跃响应一、实验目的1.学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。
2.学习典型环节阶跃响应测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节传递函数。
二、实验内容搭建下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。
1.比例(P)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-1。
2.惯性(T)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-2。
3.积分(I)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-3。
4. 比例积分(PI)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-4。
5.比例微分(PD)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-5。
6.比例积分微分(PID)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-6。
三、实验报告1.画出惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所记录的各环节的阶跃响应曲线。
2.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由模拟电路计算的结果相比较。
附1：预备实验典型环节及其阶跃响应效果参考图比例环节阶跃响应惯性环节阶跃响应积分环节阶跃响应比例积分环节阶跃响应比例微分环节阶跃响应比例积分微分环节阶跃响应附2：由模拟电路推导传递函数的参考方法1． 惯性环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：整理得进一步简化可以得到如果令R 2/R 1=K ，R 2C=T ，则系统的传递函数可写成下面的形式：()1KG s TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时 则有输入U 1(s)=1输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 1KTS-+由拉氏反变换可得到单位脉冲响应如下：/(),0t TK k t e t T-=-≥ 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 11K TS s-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：/()(1),0t T h t K e t -=--≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2323R R C T R R =+2Cs12Cs-(s)U R10-(s)U 21R R +-=12212)Cs (Cs 1(s)U (s)U )(G R R R s +-==12212)Cs 1((s)U (s)U )(G R R R s +-==由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：/()(1),0t T c t Kt KT e t -=--≥2． 比例微分环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：(s)(s)(s)(s)(s)U100-U U 0U 2=1R1R23(4)CSU R R '''---=++由前一个等式得到 ()1()2/1U s U s R R '=- 带入方程组中消去()U s '可得1()1()2/11()2/12()1134U s U s R R U s R R U s R R R CS+=--+由于14R C〈〈，则可将R4忽略，则可将两边化简得到传递函数如下： 2()23232323()(1)1()11123U s R R R R R R R R G s CS CS U s R R R R R ++==--=-++如果令K=231R R R +， T=2323R R C R R +，则系统的传递函数可写成下面的形式：()(1)G s K TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时，单位脉冲响应不稳定，讨论起来无意义 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=(1)K TS S-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：()(),0h t KT t K t δ=+≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2(1)K TS S -+由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：(),0c t Kt KT t =+≥实验一 二阶系统阶跃响应（验证性实验）一、实验目的研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。
第一章SACT自控原理实验机构成及说明1.1 构成主实验板外形尺寸为36厘米×28厘米，主实验板的布置简图见下图所示。
图1-1-1 主实验板的布置简图根据功能本实验机划分了各种实验区均在主实验板上。
实验区组成见下表。
1.2 说明一．A实验区1．模拟运算单元（A1～A6）模拟运算单元 A1～A6布置图见图1-1-1，图中S1-S13均为跨接座，当用户选中模拟运算单元的某一参数的电阻、电容作输入回路和反馈回路构成一个模拟电路时，在该元件的左边相对应的跨接座上插上白色短路套即可，直观方便。
六个模拟运算单元实现原理基本相同，只是运放各输入回路及各反馈回路引入的电阻、电容的参数和连接方式各不相同。
六个模拟运算单元的各参数已经合理设计，组合使用可以满足本实验指导书中提供的全部实验要求，而无需外接电阻或电容，有效的简化了实验操作。
各信号接入点及输出点均引出标准插孔供接线用。
H1、H2为模拟运算单元的输入插孔，IN为运算放大器负端输入(反馈和输入相加点)插孔， OUT为模拟运算单元的输出插孔。
2．模拟运算扩充库（A7～A12）模拟运算扩充库 A7～A11布置图见图1-1-1。
模拟运算扩充库包括校正网络库（A7）、反相模拟运算单元（A8~A10），放大器（A12）和1个0～999.9KΩ的直读式可变电阻、1个电位器及多个电容（A11），可以灵活搭建多种不同参数的系统。
校正网络库（A7）在不同的跨接座上插上白色短路套即可构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例微分积分环节，用户可按不同的需求构成各种校正环节。
二． B实验区1．函数发生器（B4）矩形波由“矩形波输出”测孔输出矩形波，由“幅度调节”电位器调节矩形波输出幅度，由“正脉宽调节”电位器调节相应的正脉冲输出宽度，其幅度和宽度值在虚拟示波器界面右侧显示。
有矩形波输出，就有锁零功能，即在零输出时A1~A7模拟运算单元的反馈网络呈短路状态。
⾃动控制原理（实验指导书）⽬录实验⼀典型环节的模拟研究（验证型）（2）实验⼆典型系统的瞬态响应和稳定性（设计型）（9）实验三动态系统的数值模拟（验证型）（15）实验三动态系统的频率特性研究（综合型）（16）实验四动态系统的校正研究（设计型）（18）附录XMN—2学习机使⽤⽅法简介（20）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Uo(S)=（K+TS 1）S1?)1()()(21210210CS R R RR R R R S U S U i +++≈（1-19）⽐较式(1-17)和(1-19)得K=21R R R +T=C R R R R ?+2121 （1-20）当输⼊为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S 。
则由式（1-17）得到111)()(23111022100210++?+++=S C R S C R C R C R S C R R R R S U S U i (1-24) 考虑到R 1》R 2》R 3，则式（1-24）可近似为S C R R R S C R R R S U S U i 2021100101)()(++≈（1-25）⽐较式(1-23)和(1-25)得K P =1R R ， T 1=R 0C 1T D =2021C R R R ? （1-26）当输⼊为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S 。
则由式（1-23）得到U o (S)=（K P +ST 11+T D S ）S 1?五、实验报告要求：1、实验前计算确定典型环节模拟电路的元件参数各⼀组，并推导环节传递函数参数与模拟电路电阻、电容值的关系以及画出理想阶跃响应曲线。
2、实验观测记录。
软件安装及使用一、软件安装1．将实验仪器自带的光盘放入计算机光驱，进入软件安装目录[光盘驱动器：\自动控制\winat。
2．启动软件安装程序setup.exe，如下图1：图1 进入安装界面图2 选择安装路径3．按照软件提示，一步一步完成安装，如图：图3 显示安装进程图4 安装完毕界面4．软件安装完毕后，会在桌面和“开始－程序”中自动生成“自动控制实验系统”快捷方式。
二、软件启动与使用说明1．软件启动在Windows桌面上或“开始－程序”中双击“自动控制实验原理”快捷方式，便可启动软件如图5。
图5 软件启动界面2．实验前计算机与实验箱的通讯设置和测试用实验箱自带的串口线将实验箱后面的串口与计算机的串口连接，启动“自动控制实验原理”软件。
1）实验前通讯口的设置设置方法：点击[系统设置－串口设置]如图6，在对话框内填入与计算机相连的串口值。
图6 串口设置对话框2）实验前通讯口的测试测试方法：接通电源点击[系统设置－通信串口测试]如图7，点击通信串口测试按钮，控制测试区内将出现0－255个数据，如图8，如果数据没有或不全，则说明通讯有故障，应检查计算机串口与实验箱的连接。
3．软件使用说明图7 串口测试窗口 图8 控制测试区本套软件界面共分为四个区域如图9：A. 菜单工具栏区域；B. 实验课题区域；C. 采集结果显示区域；D. 数据测量区域；图9 软件界面分配下面介绍软件的各个区域功能：A.菜单工具栏1）实验课题(ALT+T)在该菜单下选择所做的实验课题项目。
鼠标单击实验课题名称即可进入相应的实验。
2）系统设置(ALT+M)串口设置：设置实验中所使用的串口。
所设定的串口标号应与计算机实际所使用的一致。
通信串口测试：测试实验系统与计算机的通信是否正常。
在实验之前必须进行串口通信测试，在确认串口通信正常后才可以进行实验。
测试方法是鼠标单击对话框中的通信串口测试按钮，如果通信正常所示的空白区内将有信息返回，如果通信不正常则无返回信息。
自动控制理论实验指导书第一章硬件资源EL-AT-II型实验系统主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱、打印机（可选）组成如图1，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要构造被控模拟对象。
显示器打印机计算机 AD/DA卡实验箱电路图1 实验系统构成实验箱面板如图2所示：图2 实验箱面板下面主要介绍实验箱的构成：一、系统电源EL-AT-II系统采用本公司生产的高性能开关电源作为系统的工作电源主要技术性能指标为：1．输入电压：AC 220V2．输出电压/电流：＋12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A 3．输出功率：22W4．工作环境：－5℃～＋40℃。
二、 AD/DA采集卡AD/DA采集卡如图3采用ADUC812芯片做为采集芯片，负责采样数据- 1 -自动控制理论实验指导书 .及与上位机的通信，其采样位数为12位，采样率为10KHz。
在卡上有一块32KBit的RAM62256，用来存储采集后的数据。
AD/DA采集卡有两路输出（DA1、DA2）和四路输入（AD1、AD2、AD3、AD4），其输入和输出电压均为－5V～+5V。
图3 AD/DA采集卡另外在AD/DA卡上有一个9针RS232串口插座用来连接AD/DA卡和计算机，20针的插座用来和控制对象进行通讯。
三、实验箱面板实验箱面板布局如图4所示。
AD/DA卡输入输出模块实验模块1 实验模块2 二极管区 EL-CAT-II 电阻、电容、二极管区实验模块3 变阻箱、变容箱模块实验模块5 实验模块6 实验模块7 图4 实验箱面板布局实验箱面板主要由以下几部分构成： 1．实验模块本实验系统有八组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。
每个模块中都有一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。
这样通过对这八个实验模块的灵活组合便可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。
实验三线性系统的频率响应分析在经典控制理论中，采用时域分析法研究系统的性能，是一种比较准确和直观的分析法。
但是，在应用中也常会遇到一些困难。
其一，对于高阶系统，其性能指标不易确定；其二，难于研究参数和结构变化对系统性能的影响。
而频率响应法是应用频率特性研究自动控制系统的一种经典方法，它弥补了时域分析分析法的某些不足。
一、实验目的1、掌握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传递函数。
2、掌握实验方法测量系统的波特图。
二、实验设备PC机一台、TD-ACC教学实验系统一套三、实验原理及内容（一）实验原理1、频率特性当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率（w由0变至∞）而变化的特性。
根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。
2、频率特性的表达方式（1）对数频率特性：又称波特图，它包含对数幅频和对数相频两条曲线。
（2）极坐标图（又称为乃奎斯特图）（3）对数幅相图（又称为尼克尔斯图）本次实验采用对数频率特性图来进行频率响应分析的研究。
实验中提供了两种实验测试方法：直接测量和间接测量。
（二）实验内容1、间接频率特性测量方法用来测量闭环系统的开环特性，因为有些线性系统的开环时域响应曲线发散，幅值不易测量，可将其构成闭环反馈稳定系统后，通过测量信号源、反馈信号、误差信号的关系，从而推导出对象的开环频率特性。
①对象为积分环节：1/0.1S由于积分环节的开环时域响应曲线不收敛，稳态幅值无法测出，我们采用间接测量方法，将其构成闭环，根据闭环时的反馈及误差的相互关系，得出积分环节的频率特性。
②将积分环节构成单位负反馈，模拟电路构成如图3.1-1图3.1-1③理论依据图3.1-1所示的开环频率特性为：采用对数幅频特性和相频特性表示，则上式表示为：其中G（jw）为积分环节，所以只要将反馈信号、误差信号的幅值及相位按上式计算出来即可得积分环节的波特图。
④测量方式：实验采用间接测量方式，只须用两路表笔CHI和CH2来测量图3.1-1中的反馈测量点和误差测量点，通过移动游标，确定两路信号和输入信号之间的相位和幅值关系，即可间接得出积分环节的波特图。
自动控制原理实验指导书刘利贤韩兵欣编著石家庄铁道学院电气工程分院目录实验一、典型线性环节的模拟 (1)实验二、二阶系统的阶跃响应 (5)实验三、根轨迹实验 (7)实验四、频率特性实验 (10)实验五、控制系统设计与校正实验 (15)实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验 (17)实验七、采样控制系统实验 (19)实验八、典型非线性环节模拟 (21)实验九、非线性控制系统分析 (24)实验十、非线性系统的相平面法 (26)实验一、典型线性环节的模拟一、实验目的：1、学习典型线性环节的模拟方法。
2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。
二、实验设备：1、XMN-2型实验箱；2、LZ2系列函数记录仪；3、万用表。
三、实验内容：1、比例环节：r(t)方块图模拟电路图中：ifP RRK=分别求取R i=1M，R f=510K，（K P=0.5）；R i=1M，R f=1M，（K P=1）；R i=510K，R f=1M，（K P=2）；时的阶跃响应曲线。
2、积分环节：r(t)方块图模拟电路图中：T i=R i C f分别求取R i=1M，C f=1μ，（T i=1s）；R i=1M，C f=4.7μ，（T i=4.7s）；）；R i=1M，C f=10μ，（T i=10.0s）；时的阶跃响应曲线。
3、比例积分环节：r(t)方块图模拟电路图中：ifP RRK=；T i=R f C f分别求取R i=R f=1M，C f=4.7μ，（K P=1，T i=4.7s）；R i=R f=1M，C f=10μ，（K P=1，T i=10s）；R i=2M，R f=1M，C f=4.7μ，（K P=0.5，T i=4.7s）；时的阶跃响应曲线。
4、比例微分环节：r(t)方块图模拟电路图中：i1fP RRKR+=；CRRRRRRTffd⋅+++=12f121RR；T f=R2C分别求取R i=R f=R1=R2=1M，C=2μ，（K P=2，T d=3.0s）；R i=2M，R f=R1=R2=1M，C f=2μ，（K P=1，T d=3.0s）；R i=2M，R f=R1=R2=1M，C f=4.7μ，（K P=1，T d=7.05s）；时的阶跃响应曲线。
编著 李蔓华 陈昌虎 李晓高自动控制理论实验指导书目录实验装置简介·························································（3-4·）实验一控制系统典型环节的模拟·················（5-6）实验二一阶系统的时域响应及参数测定·····（6-7）实验三二阶系统的瞬态响应分析·················（8-9）实验四频率特性的测试·······························（9-13）实验五PID控制器的动态特性······················（13-15）实验六典型非线性环节·································（15-18）实验七控制系统的动态校正（设计性实验）··（19）备注：本实验指导书适用于自动化、电子、机设专业，各专业可以根据实验大纲选做实验。
《自动控制理论》实验指导书目录《自动控制原理》实验须知 (3)一、仪器简介 (3)二、预习及预习报告 (6)三、实验及实验报告 (6)实验一典型环节及其阶跃响应 (7)实验二控制系统的瞬态响应 (12)实验三控制系统的稳定性分析 (14)实验四系统的频率特性测量 (16)实验五连续系统的串联校正 (19)《自动控制原理》实验须知一、仪器简介本课程实验的仪器主要为爱迪克labACT自控/计控原理教学实验系统。
(一) 构成labACT自控/计控原理实验机由以下七个模块组成：1．自动控制原理实验模块2．计算机控制原理实验模块3．信号源模块4．控制对象模块5．虚拟示波器模块6．控制对象输入显示模块7．CPU控制模块各模块相互交联关系框图见图1-1-1所示：图1-1-1 各模块相互交联关系框图自动控制原理实验模块由模拟运算单元及模拟运算扩充库组成，这些模拟运算单元的输入回路和反馈回路上配有多个各种参数的电阻、电容，因此可以完成各种自动控制模拟运算。
例如构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例微分环节，PID环节和典型的二阶、三阶系统等。
利用本实验机所提供的多种信号源输入到模拟运算单元中去，再使用本实验机提供的虚拟示波器界面可观察和分析各种自动控制实验的响应曲线。
主实验板外形尺寸为35厘米×47厘米，主实验板的布置简图见图1-1-2所示。
根据功能本实验机划分了各种实验区均在主实验板上。
实验区组成见表1-1-1。
表1-1-1 实验区组成(二1）虚拟示波器的显示方式为了满足自动控制不同实验的要求我们提供了示波器的四种显示方式。
（1）示波器的时域显示方式（2）示波器的相平面显示（X-Y）方式（3）示波器的频率特性显示方式有对数幅频特性显示、对数相频特性显示（伯德图），幅相特性显示方式（奈奎斯特图），时域分析（弧度）显示方式。
(4) 示波器的计算机控制显示方式2）虚拟示波器的设置用户可以根据不同的要求选择不同的示波器，具体设置方法如下：(1)示波器的一般用法：运行LABACT程序，选择‘工具’栏中的‘单迹示波器’项或‘双迹示波器’项，将可直接弹出该界面。
‘单迹示波器’项的频率响应要比‘双迹示波器’项高，将可观察每秒6500个点；‘双迹示波器’项只能观察每秒3200个点。
点击开始即可当作一般的示波器使用。
(2)实验使用：运行LABACT程序，选择‘自动控制/ 微机控制/ 控制系统’菜单下的相应实验项目，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、CH2测孔测量波形。
二、预习及预习报告为避免因准备不充分而影响实验顺利进行，实验者应事先预习并写出预习报告。
预习内容应包括：1)熟悉本次实验所用设备、仪器的使用方法；2)预习与本次实验有关的原理、计算方法及操作要领等；3)与每次实验相应的实验讲义内容。
在充分预习的基础上写出预习报告，应包括：1)根据实验内容提供的方块图，绘制模拟电路图，并确定有关元件参数；2)根据实验要求拟定出实验步骤；3)估计实验中会出现的问题并考虑如何解决；4)准备好实验数据记录表格。
三、实验及实验报告在充分预习的基础上方可参加实验，并要求：1)遵守实验室纪律，注意人身、设备安全；2)照图接线。
联线插头要注意正确使用，经指导教师检查后通电；3)认真观察、记录实验现象和数据；4)发生事故应及时断电并报告；5)实验结束后，照原样整理好实验仪器和设备；6)认真按期完成实验报告。
实验一 典型环节及其阶跃响应一、 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二、实验仪器1、爱迪克labACT-3A 型自控/计控实验箱一台2、计算机一台三、实验内容及步骤运行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，点击开始即可使用虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
1)、比例环节典型比例环节模拟电路如图1-1所示。
图1-1 典型比例环节模拟电路典型比例环节的传递函数：01i O R R K K(S)U (S)U (S)G ===单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤： 注：‘S ST’不能用“短路套”短接！（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）运行、观察、记录：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），观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ），等待完整波形出来后，点击停止。
② 改变比例系数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R 1），重新观测结果。
2)、惯性环节典型惯性环节模拟电路如图1-2所示，电容C=1uf 。
图1-2 典型惯性环节模拟电路典型惯性环节的传递函数：C R T ,R R K ,TS1K (S)U (S)U (S)G 101i O ==+==单位阶跃响应： )1()(0Tt eK t U --=实验步骤： 注：‘S ST’不能用“短路套”短接！（1）用信号发生器（B1）构造幅度为4V 的输入信号（Ui ）。
方法如比例环节实验。
（2）构造模拟电路：按图1-2安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录： ① 打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+4V 阶跃），等待完整波形出来后，点击停止。
移动虚拟示波器横游标到4V （输入）×0.632处，，得到与惯性的曲线的交点，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 ）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。
3)、积分环节典型积分环节模拟电路如图1-3所示，电容C=1uf 。
图1-3 典型积分环节模拟电路典型积分环节的传递函数：C R T ,TS1(S)U (S)U (S)G 0i O ===单位阶跃响应： t T1)(t U 0=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 ），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 ）。
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= 1V （D1单元右显示）。
（2）构造模拟电路：按图1-3安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录：① 打开虚拟示波器的界面，点击开始，等待完整波形出来后，点击停止。
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 （与输入相等）处，得到与积分的曲线的交点，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 。
② 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。
（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)、比例积分环节典型比例积分环节模拟电路如图1-4所示.，电容C=1uf 。
图1-4 典型比例积分环节模拟电路典型比例积分环节的传递函数：C R T ,R R K ,)TS11(K (S)U (S)U (S)G 101i O ==+==单位阶跃响应： ）（t T11K )t (U O +=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 ）。
矩形波宽度＞1秒，输出电压 = 1V 。
方法如积分环节实验。
（2）构造模拟电路：按图1-4安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录：① 打开虚拟示波器的界面，点击开始，等待完整波形出来后，点击停止。
② 移动虚拟示波器横游标到1V （与输入相等）处，再移动另一根横游标到ΔV=Kp ×输入电压处，得到与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。
5)、比例微分环节典型比例微分环节模拟电路如图1-5所示。
图1-5 典型比例微分环节模拟电路比例微分环节+惯性环节的传递函数： )S1TS 1(K (S)U (S)U (S)G i O τ++==微分时间常数： C R R R R R )(T 32121D ++=惯性时间常数： C R 3=τ 021R R R K +=3321D )//(R K R R R +=τ⨯=D D K T单位阶跃响应：K t KT t U +=)()(0δ实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接!（1）将函数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R 。
矩形波宽度1秒左右，输出电压 = 0.5V 。
方法如积分环节实验。
（2）构造模拟电路：按图1-5安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录：虚拟示波器的时间量程选‘／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 ），等待完整波形出来后，点击停止。
把输出最高端电压减去稳态输出电压，然后乘以0.632，得到ΔV 。
② 移动虚拟示波器两根横游标，从最高端开始到ΔV 处为止，得到与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 。
③ 已知K D =10，则图1-5的比例微分环节模拟电路微分时间常数：t K T D D ∆⨯= 6)、PID （比例积分微分）环节PID （比例积分微分）环节模拟电路如图1-6所示。
图1-6 PID （比例积分微分）环节模拟电路典型比例积分环节的传递函数：S T K ST K K (S)U (S)U (S)G d P i P P i O ++==21121232121,)(,)(R R R K C R R T C R R R R R T P i d +=+=++=3321D )//(R K R R R +=惯性时间常数： 23C R =τ τ⨯=D d K T单位阶跃响应： t TK K )t (T K )t (U pP D p 0++=δ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 ）。
