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1、实验一典型环节的电路模拟一、实验目的1.熟悉THKKL-6型控制理论及计算机控制技术实验箱及“THKKL-6”软件的使川；2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及具电路模拟；3.测量各典型环节的阶跃响应
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3、线，并了解参数变化对其动态特性的影响。二、实验设备1.THKKL-6型控制理论及计算机控制技术实验箱；2・PC机一台（含“THKKL-6”软件）；3.USB接口线。三、实验内容1.设计并纽建各典型环节的模拟电路；2.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对具输出响应的影响。四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等坏节按一定的关系纽建而成。熟悉这些典型环节的结构
4、及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。本实验屮的典型坏节都是以运放为核心元件构成，其原理框图如图1・1所示。图屮Z】和Z2表示由R、C构成的复数阻抗。Z.口图1-1典型环节的原理框图1.比例（P）环节比例坏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Ui（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1-2比例环节的响应
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6、线2.积分（I）环节积分环节的输出最与其输入最对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为:G(s)=U°(S)S(S)1TsU(s)L1TsUp)设Ui（
7、S）为-•单位阶跃信号，当积分系数为T时的响应
8、山线如图1・3所示。电压⑼山⑴图1-3积分环节的响应曲线1.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：注=^^=竺+丄二竺丄U佝RCSRRiCSRiR2CS其中T=R2C,K=R2/Ri设U佝为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T时的P1输岀响应曲线。图1-4比例积分环节的响应曲线1.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:G(s)=K(1+TS)=—(1+RiCS)其屮K=Ri/R,T=RCR设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-5示出了比例系数(K)为
9、2、微分系数为T时PD的输出响应曲线。电压09AIUo(t)1山⑴I0图1-5比例微分环节的响应曲线1.比例积分微分(PID)环节比例积分微分(PID)环节的传递苗数与方框图分别为:G(s)=Kp+—+TDS其中切=RCI+RrC?T,=RxC2,Td=R2C}+=(/?2C2S+l)(/?lClS+l)R1C2S1RCiS+R2C}S设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1・6示出了比例系数(K)为1、微分系数为Td、积分系数为Ti时PID的输出。图1-6PID环节的响应曲线1.惯性环节惯性环节的传递函数与方框图分别为:G(s)=〃°(S)/(S)75+1当Ui(S)输
10、入端输入一个单位阶跃信号，JI放大系数(K)为1、时间常数为T时响应曲线如图1・7所示。图1-7惯性环节的响应曲线五、实验步骤1.比例(P)环节根据比例坏节的方框图，选择实验箱上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路,如图1-8所示。图1-8比例环节的模拟电路图中后一个单元为反相器，其中R0=200ko若比例系数K=1时,电路中的参数取:Ri=100k,R2=100ko若比例系数K=2时,电路中的参数取:R]=100k,R2=200ko当W为一单位阶跃信号时，用“THKKL・6”软件观测并记录相应K值吋的实验曲线，并与理论值进行比较。另外R2还可使用可变电位器，以实现比
11、例系数为任意的设定值。注：①实验中注意“锁零按钮”和“阶跃按键”的使用，实验时应先弹出“锁零按钮匕然后按下“阶跃按键匕具体请参考第一部分“硬件的组成及使用”相关部分；②为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的时间轴刻度，以下实验相同。1.积分(I)环节根据积分环节的方框图，选择实验箱上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如图1-9积分环节的模拟电路图中后一个单元为反相器，其中Ro=200ko若积分时间常数T=ls时，电路中的参数取：R=100k,C=1OuF(T=RC=1OOkx1OuF=1s)；若积分时间常数T=O.ls时，，电路中的参数取：R=lOOk,
12、C=1uF(T=RC=1OOkx1uF=0.1s)；当W为单位阶跃信号时，用“THKKL-6”软件观测并记录相应T值时的输出响应曲线,并与理论值进行比较。注：由于实验电路中有积分环节，实验前一定要用“锁零单元”对积分电容进行锁零。2.比例积分(PI)环节根据比例积分环节的方框图，选择实验箱上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如图1J0所示。2G图1-10比例积分环节的模拟电路图中后一个单元为反相器，其中R()=200ko若取比例系数K=l、积分时间常数T=ls时，电路中的参数取：Ri=100k,R2=100k,C=10uF(K=R/
