控制工程基础实验指导书(答案)

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1、控制工程基础实验指导书自控原理实验室编印（内部教材）实验项目名称：（所属课程：）院系：专业班级：姓名：学号：实验日期：实验地点：合作者：指导教师：本实验项目成绩：教师签字：日期：（以下为实验报告正文）一、实验目的 简述本实验要达到的目的。目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。二、实验仪器设备列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。三、实验内容简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。四、实验步骤简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。五、

2、实验结果给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。六、讨论分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。七、参考文献列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资料。格式如下:作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码  实验一控制系统典型环节的模拟一、实验目的1、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节

3、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；3、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台；2、超低频慢扫描数字存储示波器一台；3、数字万用表一只；4、各种长度联接导线。三、实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是R、C构成。图1-1运放反馈连接基于图中A点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：（1-1）由上式可以求得下列模拟电

4、路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。1、比例环节实验模拟电路见图1-2所示图1-2比例环节传递函数：阶跃输入信号：-2V实验参数：（1）R=100KR=100K（2）R=100KR=200K2、惯性环节实验模拟电路见图1-3所示图1-3惯性环节传递函数：阶跃输入：-2V实验参数：（1）R=100KR=100KC=1µf（2）R=100KR=100KC=2µf3、积分环节实验模拟电路见图1-4所示图1-4积分环节传递函数：阶跃输入信号：-2V实验参数：（1）R=100KC=1µf（2）R=

5、100KC=2µf4、比例微分环节实验模拟电路见图1-5所示图1-5比例微分环节传递函数：其中T=RCK=阶跃输入信号：-2V实验参数：（1）R=100KR=100KC=1µf（2）R=100KR=200KC=1µf四、实验内容与步骤1、分别画出比例、惯性、积分、比例微分环节的电子电路；2、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节；3、按照给定的实验参数，利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试，观察并记录其单位阶跃响应波形。五、实验报告1、画出四种典型环节的实验电路图，并标明相应的参数

6、；2、画出各典型环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响；3、写出实验心得体会。六、实验思考题1、用运放模拟典型环节时，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出？（运算放大器开环放大倍数K0很大，运算放大器输入阻抗很高）2、积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下，惯性环节可以近似为积分环节？在什么条件下，又可以视为比例环节？（惯性环节的特点是，当输入x(t)作阶跃变化时，输出y(t)不能立刻达到稳态值，瞬态输出以指数规律变化。而积分环节，当输入为单位阶跃信号时，输出为输入对时间的

7、积分，输出y(t)随时间呈直线增长。当t趋于无穷大时，惯性环节可以近似地视为积分环节，当t趋于0时，惯性环节可以近似地视为比例环节。）3、如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？（积分环节的时间常数T由输出曲线斜率的倒数确定，惯性环节的时间常数T等于曲线上升到稳态值的63..2%时的时间t）实验二二阶系统的瞬态响应分析一、实验目的1、熟悉二阶模拟系统的组成。2、研究二阶系统分别工作在x=1，01三种状态下的单位阶跃响应。3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调

8、量sP、峰值时间tp和调整时间ts。4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统，并观察结果。二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台；2、超低频慢扫描数字存储示波器一台；3、数字万用表一只；4、各种长度联接导线。三、实验原理图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2。图2-1二阶系统原理框图图2-1二阶系统的模拟电路由图2-2求得二阶系统的闭环