实验一--典型环节的电路模拟

实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究一．实验目的1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。

2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。

二．实验内容1．设计各种典型环节的模拟电路。

2．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

3．在MA TLAB软件上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。

三．实验步骤1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。

接线时要注意：先断电，再接线。

接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。

（U3单元的O1接被测对象的输入、G接G1、U3单元的I1接被测对象的输出）。

2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

首先必须在熟悉上位机界面的操作，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。

为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。

接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。

软件界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况:通过上位机界面中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端口,选择D/A通道的O1（“测试信号1”）作为被测对象的信号发生端口.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同。

②硬件接线完毕后,检查USB口通讯连线和实验箱电源后，运行上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。

③进入实验模式后，先对显示模式进行设置：选择“X-t模式”；选择“T/DIV”为1s/1HZ。

④完成上述实验设置，然后设置实验参数，在界面的右边可以设置系统测试信号参数，选择“测试信号”为“周期阶跃信号”，选择“占空比”为50%，选择“T/DIV”为“1000ms”，选择“幅值”为“3V”，可以根据实验需要调整幅值，以得到较好的实验曲线，将“偏移”设为“0”。

实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱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.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；2.PC 机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 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；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。

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是十分有益的。

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 图1-1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。

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。

图1-22.积分（I ）环节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：TsS U S U s G i O 1)()()(==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1-33.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：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==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。

实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱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.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；2.PC 机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 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；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。

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是十分有益的。

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 图1-1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。

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。

图1-22.积分（I ）环节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：TsS U S U s G i O 1)()()(==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1-33.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：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==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。

实验一 典型环节的电路模拟一、实验目的1．熟悉THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱及“THKKL-5”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．THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱；2．PC 机一台(含“THKKL-5”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：KS 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。

TsS U S Us G i O1)()()(==图1-33．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：)11(11)()()(21211212CSR R R CSR R R CSR CS R S U S U s G i O +=+=+==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。

典型环节的电路模拟————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：装 订线实验报告课程名称：_________控制理论（甲）实验_______指导老师：_____ ____成绩：__________________ 实验名称：_________典型环节的电路模拟______实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 二、实验原理 三、实验接线图 四、实验设备 五、实验步骤 六、实验数据记录 七、实验数据分析 八、实验结果或结论一、实验目的1．熟悉THBDC-2型 控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-2”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。

要对系统的设计和分析，必须熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，原理图如左图 图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。

1. 积分环节（I ）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 时的响应曲线如右图所示。

2. 比例微分环节（PD ）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，右图示出了比例系数(K)为2、微分系数为T D 时PD 的输出响应曲线。

专业：__TsS U S U s G i O 1)()()(==实验名称： 典型环节的电路模拟 姓名：装 订线 3. 惯性环节惯性环节的传递函数与方框图分别为：1)()()(+==TS KS U S U s G i O当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为1、时间常数为T 时响应曲线如右图所示。

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。

深圳大学实验报告课程名称：自动控制原理实验项目名称：典型环节的电路模拟实验学院：机电专业：自动化指导教师：报告人：学号：班级：实验时间：实验报告提交时间：教务部制实验一典型环节的电路模拟实验一、实验目的1.学习构成典型线性环节的模拟电路。

2.研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。

3.学习典型线性环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。

4.二、实验内容1.完成比例环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。

2.完成积分环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。

3.完成比例积分环节电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。

4.完成比例微分环节电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。

5.完成惯性环节电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。

6.完成比例积分微分环节电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。

7.三、实验仪器1.ZY17AutoC12BB自动控制原理实验箱。

2.双踪低频慢扫示波器。

3.数字万用表。

4.四、实验原理1.比例环节下载后图可变大图1.1.2图1.1.1`比例环节的阶跃响应图比例环节的传递函数为：()()K s U s U I O =。

比例环节的方块图、阶跃响应及模拟电路图分别如图1.1.1、图1.1.2和图1.1.3所示。

其中012R R R K +=，试验参数取R 2=200K ，R 1=100K ，R 0=100K ，R=10K 或100K 。

2. 积分环节积分环节的传递函数为：()()TSs U s U I O 1=。

积分环节的方块图、阶跃响应及模拟电路图分别如图1.2.1、图 1.2.2和图1.2.3所示。

其中()110C R R T +=，试验参数取R 0=100K 可调，R 1=100K ，C 1=1uF ，R=10K 或100K 。

图1.2.2图1.2.1` 积分环节的阶跃响应图图1.1.33. 比例积分环节比例积分环节的传递函数为：()()TSK s U s U I O 1+=比例积分环节的方块图、阶跃响应及模拟电路图分别如图1.3.1、图1.3.2和图1.3.3所示。

实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱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、实验设备型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 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；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。

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是十分有益的。

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 图1-1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。

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。

图1-22.积分（I ）环节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：TsS U S U s G i O 1)()()(==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1-33.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：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==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。

实验一典型环节的电路模拟一、实验目的1. 熟悉THBDC-1型控制理论·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)、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、实验原理及其步骤自控系统是由比例、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是十分有益的。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成。

实验准备：①当u i为一单位阶跃信号时，用上位软件观测，选择“通道1-2”，其中通道AD1接电路的输出u O；通道AD2接电路的输入u。

i②为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数(一般调至刻度2以上)和“”按钮(时基自动)。

③如采集卡不能正常采集数据，请更新USB数据采集卡驱动。

具体操作步骤：右击“我的电脑”，点击“管理”-“设备管理器”-“通用串行总线控制器”，找到“UsbCard Device”，右击-“卸载”，确定。

卸载后再次点击“计算机管理”菜单中的“操作”-选择“扫描检测硬件改动”，打开硬件安装向导，选择“从列表或指定位置安装（高级）”，点击“下一步”，点击“浏览”，驱动在D盘THBDC软件文件夹中，选择安装即可。

④实验电路中如使用到电容时，每次试验中需要利用“锁零按钮”对电容进行放电复位处理。

⑤输入阶跃信号幅值调节在±2V 以内。

1. 比例（P ）环节根据比例环节，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，如图1-1所示。

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（K30A）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。

实验一 典型环节的电路模拟一、实验目的1. 熟悉THBCC-1型 信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台及“THBCC-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. THBCC-1型 信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台；2. PC 机一台(含“THBCC-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1-3TsS 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。

实验一 典型环节的模拟研究一．实验目的：1、了解并掌握ACLS-1控制理论实验箱模拟电路的使用方法，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．实验要求：1、观测各种典型环节的阶跃响应曲线。

2、观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响。

三．实验仪器：1、ACLS-1控制理论实验箱 一台2、超低频示波器 一台3、万用表 一块四．实验原理和电路：实验是利用运算放大器和其它元器件构成的网络来模拟各种典型环节，接线方法见附录一和ACLS-1控制理论实验箱原理图。

典型环节方块图及其模拟电路如下：1.比例（P）环节：i当输入为单位阶跃信号，即)(1)(t t U i =时，SS U i 1)(=。

则由式（1－1） 得到：SK S U o 1)(•=其传递函数为：TSS U S U i o 1)()(= （1－5）积分环节的模拟电路如图1-2B 所示。

积分环节接线图：把图1－1B（b）中的R1换为C 即可。

积分环节模拟电路的传递函数为：CSR S U S U i o 01)()(= （1－6）比较式（1-5）和（1-6）得: C R T 0= （1－7） 当输入为单位阶跃信号，即)(1)(t t U i =时，SS U i 1)(=。

则由式（1－5） 得到：2111)(TS S TS S U o =•=比例积分环节的模拟电路如图1-3B 所示。

比例－积分环节接线图：把图1－1B（b）中的R1换成R1和C 串联即可。

其传递函数为：CSR R R CS R CS R S U S U i o 0010111)()(+=+= （1－10）比较式（1-9）和（1-10）得:当输入为单位阶跃信号，即)(1)(t t U i =时，SS U i 1)(=。

则由式（1－9） 得到：STS K S U o 1)1()(•+=惯性环节的接线图：把图1－1B（b）中的R1换成R1和C 并联即可。

实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究一．实验目的1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。

2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。

二．实验内容1．设计各种典型环节的模拟电路。

2．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

3．在MATLAB软件上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。

三．实验步骤1．熟悉实验装置，利用实验装置上的模拟电路单元，设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。

接线时要注意：先断电，再接线。

接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。

（U3单元的O1接被测对象的输入、G接G1、U3单元的I1接被测对象的输出）。

2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

首先必须在熟悉上位机界面的操作，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。

为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。

接线完成，经检查无误，再给实验装置上电后，打开时域特性的程序，启动上位机程序，进入主界面。

软件界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况:通过上位机界面中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端口,选择D/A通道的O1（“测试信号1”）作为被测对象的信号发生端口.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同。

②硬件接线完毕后,检查USB口通讯连线和实验装置电源后，运行上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。

③进入实验模式后，先对显示模式进行设置：选择“X-t模式”；选择“T/DIV”为1s/1HZ 。

④完成上述实验设置，然后设置实验参数，在界面的右边可以设置系统测试信号参数，选择“测试信号”为“周期阶跃信号”，选择“占空比”为50%，选择“T/DIV ”为“1000ms ”， 选择“幅值”为“3V ”，可以根据实验需要调整幅值，以得到较好的实验曲线，将“偏移”设为“0”。

实验一：典型电路环节的电路模拟与软件仿真研究一、 实验目的熟悉各环节的传递函数与其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。

二、 实验内容1. 设计个典型环节的模拟电路2. 完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

3. 在上位机界面上，填入各个环节的实际传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件特性仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。

三、 实验过程及分析1． 比例环节的阶跃响应比例环节的传递函数为：0()()i U s K U s =R2/R1（实验时K=2） 实验现象：说明：黄色为输出信号，绿色为输入。

可知传递函数=K=2 改变两电阻的比值，增益变化2． 积分环节的阶跃响应典型积分环节模拟电路如图所示，积分环节的传递函数为：0()1()i U s U s TS理想传递函数曲线如图：实验现象：说明：实验数据是在C=1uF 时取得。

可知传递函数曲线是一条以1/T 为斜率的曲线。

当C=2uF 时，周期变大，斜率下降。

3． 比例积分环节的阶跃响应0()1()i U s K U s TS=+理想传递函数曲线：实验现象：实验说明：实验数据在C=1uF 下取得，此时的K=1.所以实验图像是一条起点在（0,1），斜率为1/T 的直线。

后面由于超过软件表示的最大值，变成直线。

4． 比例微分环节的阶跃响应0()(1)()i U s K TS U s =+（a ） 典型比例微分环节模拟电路（b ） 典型比例微分环节模拟电路理想传递函数曲线：实验现象：R3=10K 时见上图R3=200欧姆实验说明：系统的实际传递函数在t=0附近，即s 趋向无穷大时。

满足下列情况:U0/Ui=（R1R2+R2R3+R3R1）/R0R3可知在R1，R2确定时，R3越小，传递函数越大。

在零点附近会有较大的阶跃，以至于在显示屏上无法显示。

因此当放大倍数变小后实验现象更明显。

才有了上图所说的两种结果。

典型环节的电路模拟Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998东南大学能环学院实验报告课程名称：热工过程自动控制原理第一次实验实验名称:典型环节的电路模拟院（系）：专业：热能与动力工程姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：目录一、实验目的 (3)二、实验设备 (3)三、实验原理 (3)四、实验步骤 (6)五、实验记录 (8)六、实验总结 (12)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是十分有益的。

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Z1和Z2表示由R、C构成的复数阻抗。

1、比例（P）环节图1-1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。

它的传递函数与方框图分别为：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SUsG O1 )()(= =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1-33、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。

实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱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.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；2.PC 机一台(含上位机软件>、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选>；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；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。

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是十分有益的。

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 图1-1 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。

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。

图1-22.积分<I ）环节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：TsS U S U s G i O 1)()()(==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1-3 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：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+== 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。