实验一典型环节的模拟研究

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。

典型环节的模拟实验报告典型环节的模拟实验报告一、引言在现代科学研究中，模拟实验是一种常见的研究方法。

通过模拟实验，可以在实验室中重现真实环境，并对特定环节进行研究和分析。

本文将以典型环节为例，通过模拟实验的方式进行研究，以期探索其中的规律和现象。

二、材料与方法在本次模拟实验中，我们使用了X型设备进行模拟环节的搭建。

该设备具有高度可控性和可调节性，可以模拟各种环境条件。

我们选择了典型的环节进行模拟实验，包括A环节、B环节和C环节。

在每个环节中，我们设置了不同的参数和条件，以模拟真实环境中的各种情况。

三、实验结果与分析在A环节的模拟实验中，我们发现随着参数X的增加，环节的效率呈现上升趋势。

这说明在A环节中，参数X对效率有着明显的影响。

进一步的分析表明，参数X的增加导致了资源的更充分利用和更高效的操作，从而提高了整个环节的效率。

在B环节的模拟实验中，我们关注了参数Y的变化对环节结果的影响。

实验结果显示，参数Y的增加会导致环节结果的不稳定性增加。

这表明在B环节中，参数Y的调节需要谨慎，过大或过小都会对环节的稳定性产生负面影响。

进一步的研究还发现，适当的参数Y范围内，环节结果呈现出最佳状态，这为后续的优化提供了方向。

在C环节的模拟实验中，我们关注了不同操作者的影响。

实验结果表明，不同操作者的操作水平对C环节的效果有着显著差异。

经验丰富的操作者能够更快速、更准确地完成任务，而经验较少的操作者则需要更多的时间和努力。

这提示我们，在C环节中，操作者的培训和技能提升是提高整体效率的重要因素。

四、讨论与展望通过本次模拟实验，我们对典型环节的特性和影响因素进行了初步的研究。

然而，仍有许多问题需要进一步探索和解决。

例如，在实际应用中，环节之间的相互作用和影响如何？不同环境条件下，各环节的优化策略又是什么？这些问题需要更深入的研究和实验来解答。

未来的研究可以将模拟实验与实际数据相结合，以更真实地反映环节的特性和效果。

同时，可以引入机器学习和人工智能等技术，以提高模拟实验的自动化和智能化水平。

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。

北京联合大学实验报告实验名称：典型环节的模拟研究学院：自动化专业：物流工程姓名：学号：同组人姓名：学号：班级：成绩：实验日期：2014年11月20日完成报告日期：2014年11月21日实验一典型环节的模拟研究一．实验目的：1. 研究典型环节的特性，学习典型环节的电模拟方法。

2. 熟悉实验设备的性能和操作。

二．各典型环节的方块图及传函三．实验内容及步骤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1-1所示。

图1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：；单位阶跃响应：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1-1安置短路套及测孔联线，表如下。

（b）测孔联线打开虚拟示波器的界面，点击开始，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。

2．观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图1-2所示。

图1-2 典型惯性环节模拟电路传递函数：单位阶跃响应：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1-2安置短路套及测孔联线，表如下。

典型环节的模拟研究实验总结一、引言随着科技的发展，模拟研究实验在各个领域得到了广泛应用。

在工程领域中，模拟研究实验可以帮助工程师们在设计和制造过程中发现问题，并提供相应的解决方案。

本文将围绕典型环节的模拟研究实验进行探讨，旨在总结其研究方法、实验结果以及对工程设计和制造的影响。

二、典型环节的模拟研究实验1. 实验对象本次模拟研究实验的对象为一个汽车制造厂商生产线上的焊接环节。

焊接是汽车生产线上非常重要的一环，直接关系到汽车质量和安全性。

因此，对焊接环节进行模拟研究实验具有重要意义。

2. 实验目标本次模拟研究实验旨在探讨以下问题：（1）焊接过程中温度变化对焊缝质量的影响；（2）不同焊接参数对焊缝质量的影响；（3）优化焊接参数以提高焊缝质量。

3. 实验方法本次模拟研究实验采用了有限元分析方法。

首先，根据焊接过程中的物理原理建立了一个三维模型。

然后，利用有限元分析软件对模型进行分析，得出焊接过程中温度变化和应力分布情况。

最后，根据分析结果对焊缝质量进行评估。

4. 实验结果经过模拟研究实验，得出以下结论：（1）焊接过程中温度变化对焊缝质量有重要影响。

当温度过高或过低时，会导致焊缝出现裂纹或变形。

（2）不同焊接参数对焊缝质量的影响较大。

例如，电流越大、电压越高、速度越快，则产生的热量也越大，但是如果参数设置不合理，则可能导致焊缝出现问题。

（3）通过优化焊接参数可以提高焊缝质量。

例如，在保证产生足够热量的前提下，适当降低速度和电流等参数可以减少应力集中并提高焊缝强度。

5. 实验影响本次模拟研究实验对汽车制造行业具有重要影响。

首先，在工程设计阶段，可以根据模拟研究实验的结果优化焊接参数，提高汽车焊缝质量和安全性。

其次，在制造过程中，可以利用模拟研究实验指导工人进行焊接操作，减少因操作不当而导致的问题发生。

最后，在质量检测环节中，可以根据模拟研究实验的结果制定相应的检测标准，提高汽车质量检测效率和准确性。

三、结论通过对典型环节的模拟研究实验进行总结，我们可以发现模拟研究实验在工程设计和制造中具有重要意义。

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。

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。

自动控制理论实验指导书实验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 2001R 0=200kΩ；R 1=100kΩ或200kΩ图1-1U i R 0R 1RR 10K 10K 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。

实验一典型环节的模拟研究1.各典型环节的方块图及传函2.各典型环节的模拟电路图及输入响应3.实验内容及步骤⑴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：使用运放处于工作状态。

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1-1所示电路，它由“单脉冲单元”（U13 SP）及“电位器单元”（U14 P）组成。

图1-1具体线路形成：在U13SP单元中，将H1与+5V插针用“短路块”短接，H2插针用排线接至U14P单元的X 插针；在U14P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。

实验步骤：①按2中的各典型环节的模拟电路图将线接好（先按比例）。

（PID先不接）②将模拟电路输入端（U1）与阶跃信号的输入端Y相联接；模拟电路的输入端（U0）接至示波器。

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。

改变比例参数，重新观测结果。

④同理得出比例、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见表1-1。

⑵观察PID环节响应曲线。

实验步骤：①此时U1采用U1 SG单元的周期性方波信号（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2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环节的输入端（U1），用示波器观测PID输出端（U0），改变电路参数，重新观测并记录。

实验二 典型系统瞬态响应和稳定性1．典型二阶系统①典型二阶系统的方块图及传函图2-1是典型二阶系统原理方块图，其中T 0=1S ，T 1=0.1S ，K 1分别为10、5、2.5、1。

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）。