典型环节及其阶跃响应实验报告

第1篇一、实验目的1. 理解自动控制系统的基本概念和组成。

2. 掌握典型环节的阶跃响应特性。

3. 学习系统稳定性分析的方法。

4. 培养动手操作能力和实验数据分析能力。

二、实验仪器1. 自动控制系统实验箱2. 计算机3. 示波器4. 阶跃信号发生器三、实验原理自动控制系统是指通过自动控制装置对被控对象进行控制的系统。

实验中，我们采用复合网络法模拟典型环节，并通过阶跃响应分析系统的动态性能。

四、实验内容1. 构建一阶系统的模拟电路，分析其阶跃响应。

2. 构建二阶系统的模拟电路，分析其阶跃响应。

3. 进行连续系统串联校正实验，分析校正效果。

五、实验步骤1. 一阶系统阶跃响应实验（1）搭建一阶系统的模拟电路，包括运算放大器、电阻、电容等元件。

（2）使用阶跃信号发生器产生阶跃信号，接入系统输入端。

（3）使用示波器观察并记录系统输出端的阶跃响应曲线。

（4）分析阶跃响应曲线，计算系统的性能指标。

2. 二阶系统阶跃响应实验（1）搭建二阶系统的模拟电路，包括运算放大器、电阻、电容等元件。

（2）使用阶跃信号发生器产生阶跃信号，接入系统输入端。

（3）使用示波器观察并记录系统输出端的阶跃响应曲线。

（4）分析阶跃响应曲线，计算系统的性能指标。

3. 连续系统串联校正实验（1）搭建连续系统的模拟电路，包括运算放大器、电阻、电容等元件。

（2）使用阶跃信号发生器产生阶跃信号，接入系统输入端。

（3）使用示波器观察并记录系统输出端的阶跃响应曲线。

（4）根据系统性能要求，设计串联校正电路。

（5）搭建串联校正电路，接入系统输入端。

（6）使用示波器观察并记录校正后系统输出端的阶跃响应曲线。

（7）分析校正前后系统性能指标的变化。

六、实验结果1. 一阶系统阶跃响应（1）阶跃响应曲线如图1所示。

（2）系统性能指标如下：- 调节时间：0.5s- 超调量：0%- 峰值时间：0.1s2. 二阶系统阶跃响应（1）阶跃响应曲线如图2所示。

（2）系统性能指标如下：- 调节时间：2s- 超调量：10%- 峰值时间：0.5s3. 连续系统串联校正（1）校正前后阶跃响应曲线如图3所示。

一、实验目的1. 理解典型线性环节的基本概念和特性。

2. 掌握典型线性环节（比例环节、积分环节、微分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节）的阶跃响应分析。

3. 通过实验验证理论分析结果，加深对线性环节的理解。

二、实验原理线性环节是自动控制系统中最基本的组成单元，具有以下特性：1. 线性：系统的输出与输入成线性关系。

2. 时不变性：系统的特性不随时间变化。

3. 可逆性：系统的输出可以唯一确定其输入。

本实验主要研究以下典型线性环节的阶跃响应：1. 比例环节：输出与输入成比例。

2. 积分环节：输出与输入的积分成正比。

3. 微分环节：输出与输入的导数成正比。

4. 比例积分环节：输出与输入成正比，同时与输入的积分成正比。

5. 比例微分环节：输出与输入成正比，同时与输入的导数成正比。

6. 比例积分微分环节：输出与输入成正比，同时与输入的积分和导数成正比。

三、实验设备1. 计算机2. XMN-2自动控制原理模拟实验箱3. CAE-PCI软件4. 万用表四、实验步骤1. 根据实验要求，搭建相应的线性环节电路。

2. 使用CAE-PCI软件进行仿真，记录不同线性环节的阶跃响应曲线。

3. 将仿真结果与理论分析结果进行对比，分析误差原因。

五、实验结果与分析1. 比例环节- 实验结果：阶跃响应曲线为一条直线，斜率为比例系数K。

- 理论分析：比例环节的阶跃响应曲线为一条直线，斜率为比例系数K。

- 结论：实验结果与理论分析一致。

2. 积分环节- 实验结果：阶跃响应曲线为一条曲线，最终趋于稳态值。

- 理论分析：积分环节的阶跃响应曲线为一条曲线，最终趋于稳态值。

- 结论：实验结果与理论分析一致。

3. 微分环节- 实验结果：阶跃响应曲线为一条曲线，初始时响应较快，随后逐渐趋于平稳。

- 理论分析：微分环节的阶跃响应曲线为一条曲线，初始时响应较快，随后逐渐趋于平稳。

- 结论：实验结果与理论分析一致。

4. 比例积分环节- 实验结果：阶跃响应曲线为一条曲线，初始时响应较快，随后逐渐趋于稳态值。

实验一: 典型环节与及其阶跃响应一、实验目的1、掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。

2、掌握控制系统时域性能指标的测量方法。

二、实验仪器1、EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台三、实验原理控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。

再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。

若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。

四、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应1、比例环节的模拟电路及其传递函数G（S）= −R2/R12、惯性环节的模拟电路及其传递函数G（S）= −K/TS+1K=R2/R1T=R2C3、积分环节的模拟电路及传递函数G（S）=1/TST=RC4、微分环节的模拟电路及传递函数G（S）= −RCS5、比例+微分环节的模拟电路及传递函数G（S）= −K（TS+1）K=R2/R1T=R1C五、实验结果及分析（注：图中黄色为输入曲线、紫色为输出曲线）1、比例环节（1）模拟电路图：（2）响应曲线：2、惯性环节（1）模拟电路图：（2）响应曲线：（3）传递函数计算：实验值：X1=1029ms=1.029s=4TT=0.257sK=Y2/1000=2.017G(S)=-2.017/(0.257S+1) 理论值：G（S）=-2/(0.2S+1)结论：实验值与理论值相近。

3、积分环节（1）模拟电路图：（2）响应曲线：（3）传递函数计算：实验值：5000/(2110/2/2)=9.1G（S）=-9.1/S=-1/0.11S 理论值：G（S）=-1/0.1S结论：实验值与理论值相近。

4、微分环节（1）模拟电路图：（2）响应曲线：5、比例+微分环节（1）模拟电路图：（2）响应曲线：实验二：二阶系统阶跃响应一、实验目的1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn 对系统动态性能的影响。

典型环节及其阶跃响应实验报告实验报告：典型环节及其阶跃响应
摘要：
本实验旨在通过对典型环节的研究，探究环节对阶跃响应的影响。

通过实验数据的收集和分析，我们成功地建立了模型，并在此基础上进行了进一步探究。

实验操作：
1. 环节参数测量
本实验分别测量了三类环节的参数：惯性环节、比例环节和一阶惯性环节。

在测量期间，我们对示波器进行了正确连接，以确保实验数据的准确性。

2. 阶跃响应测试
我们在实验中使用了脉冲信号作为输入，并记录了系统的阶跃
响应。

3. 数据分析
我们使用MATLAB软件对实验数据进行了分析，并绘制了相
应的图表。

通过对图表的观察，我们可以清晰地看到各个环节对
系统响应的影响。

结果与讨论：
通过对典型环节的实验研究，我们得出了以下结论：
1. 惯性环节会显著影响系统的阶跃响应。

惯性越大，系统的响
应越迟缓，稳态误差也增加。

2. 比例环节是最简单的环节，但是其特性并不适合所有的系统。

在一些情况下，比例环节的加入会加剧系统的振荡。

3. 一阶惯性环节的响应相对较为平滑，且稳态误差也较小。

但是在某些情况下，一阶惯性环节的响应速度可能会比较慢。

结论：
本实验成功研究了典型环节对阶跃响应的影响。

我们成功地建立了模型，并通过对实验数据的分析，得出了较为准确的结论。

我们相信，这些研究成果将会对相关学科的研究和开发产生积极的推动作用。

《自动控制》一二阶典型环节阶跃响应实验分析报告一、实验目的本实验旨在通过实际的一二阶典型环节阶跃响应实验，掌握自动控制理论中的基本概念和方法，并能够分析系统的动态响应特性。

二、实验原理1.一阶惯性环节：一阶惯性环节是工程实际中常见的系统模型，其传递函数为G(s)=K/(Ts+1)，其中K为传递函数的增益，T为时间常数。

2.二阶惯性环节：二阶惯性环节是另一类常见的系统模型，其传递函数为G(s)=K/((Ts+1)(αTs+1))，其中K为传递函数的增益，T为时间常数，α为阻尼系数。

3.阶跃响应：阶跃响应是指给定一个单位阶跃输入，观察系统的输出过程。

根据系统的阶数不同，其响应形式也不同。

实验仪器：电动力控制实验台，控制箱，计算机等。

三、实验步骤1.将实验台上的一阶惯性环节模型接入控制箱和计算机，并调整增益和时间常数的初始值。

2.发送一个单位阶跃信号给控制器，观察实验台上的输出响应，并记录时间和输出值。

3.根据记录的数据，绘制一阶惯性环节的阶跃响应图像。

4.类似地，将实验台上的二阶惯性环节模型接入控制箱和计算机，并调整增益、时间常数和阻尼系数的初始值。

5.发送一个单位阶跃信号给控制器，观察实验台上的输出响应，并记录时间和输出值。

6.根据记录的数据，绘制二阶惯性环节的阶跃响应图像。

四、实验结果与分析1.一阶惯性环节的阶跃响应图像如下：（在此插入阶跃响应图像）根据图像可以看出，随着时间的增加，输出逐渐趋于稳定。

根据实验数据，可以计算出一阶惯性环节的增益K和时间常数T的估计值。

2.二阶惯性环节的阶跃响应图像如下：（在此插入阶跃响应图像）根据图像可以看出，相较于一阶惯性环节，二阶惯性环节的响应特性更加复杂。

根据实验数据，可以计算出二阶惯性环节的增益K、时间常数T和阻尼系数α的估计值。

五、实验结论通过本实验，我们成功地进行了一二阶典型环节阶跃响应实验，并获得了实际的响应数据。

通过对实验数据的分析，我们得到了一阶惯性环节和二阶惯性环节的估计参数值。

典型环节及其阶跃响应实验报告哎呀，今天我们聊聊那个“典型环节及其阶跃响应”的实验报告，听起来有点高大上，其实呢，就是看看系统对刺激的反应，咱们就像是在观察一个小宝宝对糖果的反应，立刻就咧嘴笑了，那种欢快的感觉，简直让人心都化了。

你知道的，典型环节就像是一个经典的舞蹈动作，所有的机器、设备，都要围绕着它来转。

我们这次实验就像是给这个舞蹈加点新的花样，看看能不能让它更好看，更精彩。

说到阶跃响应，嘿嘿，想象一下，你在沙滩上，突然来了一波浪，直接把你淹没，那就是阶跃嘛！一开始，水面平静，突然间，哗的一声，浪花四溅。

这个实验就是模拟这种场景，我们用一个信号，给系统一个突如其来的“惊喜”，然后看它的反应。

像小狗听到门铃声那样，瞬间就警觉起来。

我们记录下它的表现，慢慢地分析，像是侦探在拼凑案件一样，越看越有意思。

实验开始的时候，大家都是一副严肃的样子，结果一搞起来，气氛就轻松了很多。

仪器啊，数据啊，真是让人眼花缭乱，搞得我都快晕了。

但没关系，我们的目标明确，简简单单就是想知道这个系统到底是个什么样的“角色”。

一开始大家都在忙忙碌碌，结果那一瞬间的反应，真的是让人瞠目结舌，像看魔术一样，哇，原来是这样啊，真是惊喜不断。

在记录数据的时候，大家开始窃窃私语，笑声不断，有人甚至模仿起了实验设备发出的声音，笑得我差点喷出来。

你看，这个实验不只是冰冷的数字，还有一堆有趣的故事，简直是给我们这个枯燥的学习过程加了不少料。

每当设备显示出一个新的数据点，大家都像中了彩票一样，欢呼雀跃，实验室里瞬间变成了欢乐的海洋。

随着数据的增加，分析起来也变得越来越有趣。

我们开始画图，连接那些数据点，像是在给一个故事编排情节，每一条线都承载着我们的期待。

你可能觉得这有点无聊，其实不然，这过程就像是在拼拼图，一块一块的拼出来，最终看到那个完整的图案，真的是成就感满满。

每当看到图上出现那条漂亮的曲线，大家都像喝了蜂蜜水一样甜。

最终，实验结束，大家都松了一口气，互相道了声辛苦。

实验一典型环节及其阶跃响应
概述：
在控制系统中，典型环节是指能够用数学模型描述的一类基本功能模块，包括比例环节、积分环节和微分环节等。

它们在工程中应用十分广泛，可用于控制系统的建模和分析。

本文将介绍比例环节、积分环节和微分环节的定义及其阶跃响应。

一、比例环节
比例环节是指将输入信号按一定比例进行放大或缩小的环节。

用数学式子表示为y=kx，其中k为比例常数，x为输入信号，y为输出信号。

比例环节的作用是调整输入信号与输出信号之间的比例关系。

比例环节的阶跃响应：在阶跃信号的作用下，比例环节的输出将按比例变化。

阶跃信
号是指输入信号在某一时刻瞬间从0跳变到一个确定的值。

对比例环节而言，其阶跃响应
可以表示为：
$$
y(t)=K_{p} u(t)
$$
其中，$K_{p}$为比例放大的增益，$u(t)$为阶跃函数。

二、积分环节
总结：
比例环节、积分环节和微分环节是控制系统中常用的三种典型环节。

它们可以按照不
同的方法进行组合和调整，形成复杂的系统结构，实现对输入信号的更为精细的控制。

在
实际应用中，需要针对具体问题进行具体分析，选择合适的环节组合方案，以实现最佳的
控制效果。

实验一、典型环节及其阶跃响应实验目的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。

实验内容构成下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。

比例环节的模拟电路及其传递函数示图2-1。

G(S)=-R2/R1惯性环节的模拟电路及其传递函数示图2-2。

G(S)=-K/TS+1 K=R2/R1 ,T=R2*C积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-3。

G(S)=1/TS T=RC微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-4。

G(S)=-RCS比例加微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-5。

G(S)=-K(TS+1) K=R2/R1 T=R2C比例加积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-6。

G(S)=K(1+1/TS) K=R2/R1,T=R2C软件使用1、打开实验课题菜单，选中实验课题。

2、在课题参数窗口中，填写相应AD，DA或其它参数。

3、选确认键执行实验操作，选取消键重新设置参数。

实验步骤1、连接被测量典型环节的模拟电路及D/A、A/D连接，检查无误后接通电源。

2、启动应用程序，设置T和N。

参考值：T=0.05秒,N=200。

3、观测计算机屏幕示出的响应曲线及数据记录波形及数据(由实验报告确定)。

实验报告1、画出惯性环节、积分环节、比例加微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所有记录的惯性环节、积分环节、比例加微分环节的响应曲线。

2、由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。

实验二二阶系统阶跃响应一、实验目的1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频ωn 对系统动态性能的影响，定量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调节时间 ts 之间的关系。

2、进一步学习实验仪器的使用方法。

3、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。

二、实验原理及电路典型二阶系统的闭环传递函数为其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的影响。

一、实验目的1. 了解并掌握典型环节的原理和特点。

2. 熟悉阶跃响应实验方法，分析典型环节阶跃响应的特性。

3. 通过实验，提高对自动控制理论的认识和实际操作能力。

二、实验原理1. 典型环节：比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节等。

2. 阶跃响应：当系统输入信号从零突然跃变到某一值时，系统输出信号随时间的变化规律。

3. 阶跃响应特性：上升时间、调整时间、超调量、稳态误差等。

三、实验仪器1. 自动控制系统实验箱2. 计算机3. 数据采集卡4. 信号发生器5. 示波器四、实验内容1. 比例环节阶跃响应实验（1）搭建比例环节实验电路，包括比例环节电路、运算放大器、反馈电阻、输入电阻等。

（2）调整电路参数，使比例环节的传递函数为G(s) = K。

（3）在输入端施加阶跃信号，利用数据采集卡和示波器观察输出波形，记录上升时间、调整时间、超调量等特性。

2. 惯性环节阶跃响应实验（1）搭建惯性环节实验电路，包括惯性环节电路、运算放大器、反馈电阻、输入电阻等。

（2）调整电路参数，使惯性环节的传递函数为G(s) = Kτs/(τs+1)。

（3）在输入端施加阶跃信号，利用数据采集卡和示波器观察输出波形，记录上升时间、调整时间、超调量等特性。

3. 积分环节阶跃响应实验（1）搭建积分环节实验电路，包括积分环节电路、运算放大器、反馈电阻、输入电阻等。

（2）调整电路参数，使积分环节的传递函数为G(s) = 1/s。

（3）在输入端施加阶跃信号，利用数据采集卡和示波器观察输出波形，记录上升时间、调整时间、超调量等特性。

4. 比例积分环节阶跃响应实验（1）搭建比例积分环节实验电路，包括比例积分环节电路、运算放大器、反馈电阻、输入电阻等。

（2）调整电路参数，使比例积分环节的传递函数为G(s) = K(1+τs)/s。

（3）在输入端施加阶跃信号，利用数据采集卡和示波器观察输出波形，记录上升时间、调整时间、超调量等特性。

实验一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。

二. 实验原理典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强调典型环节的数学模型是对各种物理系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的是，在一定条件下，典型模型的确定能在一定程度上忠实地描述那些元、部件物理过程的本质特征。

1.模拟典型环节是将运算放大器视为满足以下条件的理想放大器：(1) 输入阻抗为∞。

流入运算放大器的电流为零，同时输出阻抗为零；(2) 电压增益为∞：(3) 通频带为∞：(4) 输入与输出之间呈线性特性：2.实际模拟典型环节：(1) 实际运算放大器输出幅值受其电源限制是非线性的，实际运算放大器是有惯性的。

(2) 对比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和振荡环节，只要控制了输入量的大小或是输入量施加的时间的长短(对于积分或比例积分环节)，不使其输出工作在工作期间内达到饱和值，则非线性因素对上述环节特性的影响可以避免。

但对模拟比例微分环节和微分环节的影响则无法避免，其模拟输出只能达到有限的最高饱和值。

(3) 实际运算放大器有惯性，它对所有模拟惯性环节的暂态响应都有影响，但情况又有较大的不同。

三. 实验内容(1)分别画出比例、惯性、积分、微分、比例＋微分和比例＋积分的模拟电路图。

(2)按下列各典型环节的传递函数，调节相应的模拟电路的参数，观察并记录其单位阶跃响应波形。

①比例环节 G1(S)=-1和G2(S)=-2②惯性环节 G1(S)=-「1/(S+1)」和G2(S)=-「1/(0.5S+1)」③积分环节 G1(S)=-(1/S)和G2(S)=-(1/（0.5S）④微分环节 G1(S)=－0.5S和G2(S)=-S⑤比例微分环节 G1(S)=-(2+S)和G2(S)=-(1+2S)⑥比例积分环节（PI）G1（S）=-(1+1/S)和G2（S）=-「2（1+1/2S）」（3）启动MA TLAB7.0，进入Simulink后新建文档，分别在各文档绘制各典型环节的结构框图。

计算机模拟系统D/A A/D 输入信号输入信号输出信号输出信号121)(ZZ uu s G -=-=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其单位阶跃响应。

2．一阶系统时域性能指标s r d t t t ,,的测量方法：的测量方法：利用软件上的游标测量响应曲线上的值，带入公式算出一阶系统时域性能指标。

标。

d t ：响应曲线第一次到达其终值¥y 一半所需的时间。

r t ：响应曲线从终值¥y %10上升到终值¥y %90所需的时间。

所需的时间。

s t ：响应曲线从0到达终值¥y 95%95%所需的时间。

所需的时间。

所需的时间。

3.3.实验线路与原理实验线路与原理实验线路与原理 （注：输入加在反相端，输出信号与输入信号的相位相反） 1．比例环节．比例环节K R R Z Z s G -=-=-=1212)( 比例环节的模拟电路及其响应曲线如图1-31-3。

K ——放大系数。

K 是比例环节的特征量，它表示阶跃输入后，输出与输入的比例关系，可以从响应曲线上求出。

改变1R 或2R 的电阻值便可以改变比例图1-2 运放的反馈连接运放的反馈连接tK -1 0 图1-3 比例环节的模拟电路及其响应曲线比例环节的模拟电路及其响应曲线器的放大倍数K 。

实际物理系统中的比例环节：实际物理系统中的比例环节： Ø 无弹性变形的杠杆；无弹性变形的杠杆； Ø 不计非线性和惯性的电子放大器；不计非线性和惯性的电子放大器； Ø 传递链的速度比；传递链的速度比；Ø 测速发电机的电压与转速的关系。

测速发电机的电压与转速的关系。

2．惯性环节．惯性环节1212121212,11)(C R T R RK Ts KC R R R Z Z s G ==+-=+-=-=惯性环节的模拟电路及其响应曲线如图1-41-4。

式中：K ——静态放大倍数；——静态放大倍数； T ——惯性时间常数；T 和K 是响应曲线的两个特征量。

实验一、典型环节及其阶跃响应实验目的一、学习组成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的阻碍。

二、学习典型环节阶跃响应的测量方式，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。

实验内容组成下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。

比例环节的模拟电路及其传递函数示图2-1。

G(S)=-R2/R1惯性环节的模拟电路及其传递函数示图2-2。

G(S)=-K/TS+1 K=R2/R1 ,T=R2*C积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-3。

G(S)=1/TS T=RC微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-4。

G(S)=-RCS比例加微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-5。

G(S)=-K(TS+1) K=R2/R1 T=R2C比例加积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-6。

G(S)=K(1+1/TS) K=R2/R1,T=R2C软件利用一、打开实验课题菜单，选中实验课题。

二、在课题参数窗口中，填写相应AD，DA或其它参数。

3、选确认键执行实验操作，选取消键从头设置参数。

实验步骤一、连接被测量典型环节的模拟电路及D/A、A/D连接，检查无误后接通电源。

二、启动应用程序，设置T和N。

参考值：T=秒,N=200。

3、观测运算机屏幕示出的响应曲线及数据记录波形及数据(由实验报告确信)。

实验报告一、画出惯性环节、积分环节、比例加微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所有记录的惯性环节、积分环节、比例加微分环节的响应曲线。

二、由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相较较。

实验二二阶系统阶跃响应一、实验目的一、研究二阶系统的特点参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频ωn 对系统动态性能的阻碍，定量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调剂时刻 ts 之间的关系。

二、进一步学习实验仪器的利用方式。

3、学会依照系统阶跃响应曲线确信传递函数。

二、实验原理及电路典型二阶系统的闭环传递函数为其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的阻碍。

典型环节及其阶跃响应实验报告典型环节及其阶跃响应实验报告引言：在控制系统中，环节是指系统中的一个组成部分，负责将输入信号转换为输出信号。

环节的特性对于系统的稳定性和性能具有重要影响。

本实验旨在通过对典型环节的阶跃响应进行实验研究，探讨其动态特性和响应行为。

一、比例环节比例环节是控制系统中最简单的环节之一。

它的输出信号与输入信号成比例关系，比例系数称为比例增益。

在实验中，我们选择了一个简单的比例环节进行研究。

实验步骤：1. 搭建比例环节实验装置，将输入信号与输出信号进行连接。

2. 施加一个单位阶跃输入信号。

3. 记录输出信号的变化情况。

实验结果：通过实验，我们观察到比例环节的阶跃响应具有以下特点：1. 输出信号会立即发生变化，但变化幅度与输入信号的大小成比例。

2. 当输入信号从0突变为1时，输出信号也会从0突变为相应的比例值。

3. 比例环节的响应速度较快，但不具备消除稳态误差的能力。

二、积分环节积分环节在控制系统中起到累积误差的作用，能够消除稳态误差。

在实验中，我们研究了积分环节的阶跃响应。

实验步骤：1. 搭建积分环节实验装置，将输入信号与输出信号进行连接。

2. 施加一个单位阶跃输入信号。

3. 记录输出信号的变化情况。

实验结果：通过实验，我们观察到积分环节的阶跃响应具有以下特点：1. 输出信号会随着时间的增加而持续增加，直到达到稳定状态。

2. 当输入信号从0突变为1时，输出信号会持续增加直到稳定。

3. 积分环节的响应速度较慢，但能够消除稳态误差。

三、微分环节微分环节在控制系统中起到抑制过渡过程的作用，能够提高系统的稳定性。

在实验中，我们研究了微分环节的阶跃响应。

实验步骤：1. 搭建微分环节实验装置，将输入信号与输出信号进行连接。

2. 施加一个单位阶跃输入信号。

3. 记录输出信号的变化情况。

实验结果：通过实验，我们观察到微分环节的阶跃响应具有以下特点：1. 输出信号会立即发生变化，但变化幅度与输入信号的变化率成比例。

成绩：＿＿＿＿大连工业大学《自动控制原理》实验报告实验1 典型环节的阶跃响应专业名称：自动化班级学号：自动化10I－JK学生姓名：ABCD指导老师：EFGH实验日期：年月日一、实验目的1、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线；2、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、实验原理实验任务1、比例环节（K）从图0-2的图形库浏览器中拖曳Step（阶跃输入）、Gain（增益模块）、Scope（示波器）模块到图0-3仿真操作画面，连接成仿真框图。

改变增益模块的参数，从而改变比例环节的放大倍数K，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。

可以同时显示三条响应曲线，仿真框图如图1-1所示。

2、积分环节（1Ts）将图1-1仿真框图中的Gain（增益模块）换成Transfer Fcn （传递函数）模块，设置Transfer Fcn（传递函数）模块的参数，使其传递函数变成1Ts型。

改变Transfer Fcn（传递函数）模块的参数，从而改变积分环节的T，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。

仿真框图如图1-2所示。

3、一阶惯性环节（11 Ts+）将图1-2中Transfer Fcn（传递函数）模块的参数重新设置，使其传递函数变成11Ts+型，改变惯性环节的时间常数T，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。

仿真框图如图1-3所示。

4、实际微分环节（1KsTs +） 将图1-2中Transfer Fcn （传递函数）模块的参数重新设置，使其传递函数变成1KsTs +型，（参数设置时应注意1T ）。

令K 不变，改变Transfer Fcn （传递函数）模块的参数，从而改变T ，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。

仿真框图如图1-4所示。

5、二阶振荡环节（2222nn ns s ωξωω++） 将图1-2中Transfer Fcn （传递函数）模块的参数重新设置，使其传递函数变成2222nn ns s ωξωω++型（参数设置时应注意01ξ<<），仿真框图如图1-5所示。

精品文档附：实验一实验一 典型环节的电模拟及阶跃响应分析一、 实验目的1. 学习典型环节的电模拟方法及参数测试方法；2. 观察典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响；3. 学习虚拟仪器（低频示波器）的使用方法；4. 学习使用MATLAB 中SIMULINK 的使用，进行时域法分析；5. 了解虚拟实验的使用方法；二、 实验设备及仪器1． 模拟试验箱2． 抵频信号发生器3． 虚拟仪器（低频示波器） 4． 计算机5．MATLAB 仿真软件三、 实验准备实验准备：（1）检查线。

检查试验中所要用的连接线以及阶跃信号是否存在问题。

将连接线的一头插在+5V 的阶跃信号上上，另一头接在LED 显示灯上。

按下脉冲信号，若灯亮，则表示线是完好的，并且阶跃信号也是好的。

反之，此线不可在实验中使用。

（2）检查测量电阻。

把万用表跳到电阻档，依次检查试验中要用到的不同值电阻。

若与试验所要求的值差别太大，做上标记，不在实验中使用。

完好的电阻打上“√”。

（3）检查运算放大器。

将脉冲信号之后接一个390K 电阻，然后接放大器，反向端进入，然后用万用表依次测量放大器输入端和输出端是否为+1V 和-1V,若为此结果，则表示放大器完好。

（4）检查电路板上是否有虚焊点的存在。

四、 实验内容1. 惯性环节（一阶系统）：G(s)=1K TS +, K=21R R , T=2R C •电路图如图所示：DCA1R1R0R2Cr(t)c(t)从输入端加入阶跃信号a.令K=1，观察T=1s,2s时的波形，记录ts计算元件的设定参数：令K=1，即R1=R2=100K;当T=1s时，C=2TR=1100=10u当T=1s时，C=2TR=2100=20u即K=1，T=1s时，R1=R2=100K，C= =10uK=1，T=2s时，R1=R2=100K，C= =20u数据记录： K=1T R2 C ts K 1s 100K 10u 4.16 s 1 2s 100K 20u 8.32 s 1b. 保持T=1s 不变，分别观察K=1、2时的输出波形，并作记录ts 。

典型环节及其阶跃响应报告一、实验目的1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。

2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。

二、实验仪器1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2．计算机一台三、实验原理1．模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。

再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。

若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。

2．时域性能指标的测量方法：超调量Ó %：1)启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统] 运行软件。

2)测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

3)连接被测量典型环节的模拟电路。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

4)在实验课题下拉菜单中选择实验一[典型环节及其阶跃响应] 。

5)鼠标单击实验课题弹出实验课题参数窗口。

在参数设置窗口中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。

6)用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：Y MAX - Y∞Ó %=——————×100%Y∞T P与T S：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到T P与T S。

四、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：1.比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。

G（S）= R2/R12.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。

G（S）= K/TS+1K=R2/R1，T=R2C3.积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。

自动控制原理实验分析报告姓名：学号：班级：一、典型一阶系统的模拟实验：1.比例环节（P) 阶跃相应曲线。

传递函数：G(S)=-R2/R1=K说明：K为比例系数（1）R1=100KΩ，R2=100KΩ；特征参数实际值：K=-1.（2）（2）R1=100KΩ，R2=200KΩ；即K=-2.〖分析〗：经软件仿真，比例环节中的输出为常数比例增益K；比例环节的特性参数也为K，表征比例环节的输出量能够无失真、无滞后地按比例复现输入量。

2、惯性环节（T) 阶跃相应曲线及其分析。

传递函数：G(S)=-K/(TS+l) K=R2/R1 , T=R2C说明：特征参数为比例增益K和惯性时间常数T。

（1）、R2=R1=100KΩ , C=1µF；特征参数实际值：K=-1，T=0.1。

（2）、R2=R1=100KΩ , C=0.1µF；特征参数实际值：K=-1，T=0.01。

〖分析〗：惯性环节的阶跃相应是非周期的指数函数，当t=T时，输出量为0.632K，当t=3～4T时，输出量才接近稳态值。

比例增益K表征环节输出的放大能力，惯性时间常数T表征环节惯性的大小，T越大表示惯性越大，延迟的时间越长，反之亦然。

传递函数：G(S)= -l/TS ，T=RC说明：特征参数为积分时间常数T。

（1）、R=100KΩ , C=1µF；特征参数实际值：T=0.1。

（2）R=100KΩ , C=0.1µF；特征参数实际值：T=0.01。

〖分析〗：只要有一个恒定输入量作用于积分环节，其输出量就与时间成正比地无限增加，当t=T时，输出量等于输入信号的幅值大小。

积分时间常数T表征环节积累速率的快慢，T越大表示积分能力越强，反之亦然。

4、比例积分环节（PI) 阶跃相应曲线及其分析。

传递函数：G(S)=K( l+l/TS) K=-R2/R1, T=R2C说明：特征参数为比例增益K和积分时间常数T。

（1）、R2=R1=100KΩ , C=1µF；特征参数实际值：K=-1，T=0.1。