实验一 控制系统典型环节的模拟(新).doc

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1、实验一控制系统典型环节的模拟一、实验目的(1)熟悉超低频扫描示波器的使用方法。(2)掌握用运放组成控制系统典型环节的模拟电路。(3)测量典型环节的阶跃响应曲线。(4)通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK15控制理论实验或DJK16控制理论实验3超低频慢扫描示波器4万用表三、实验线路及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所示。图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都

2、是由R、C构成。基于图中A点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1得：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。(1)比例环节图1、运放的反馈连接比例环节的模拟电路如图2所示：图2比例环节(2)惯性环节取参考值R1=100K，R2=100K，C=1uF图3惯性环节(3)积分环节图4、积分环节(4)比例微分环节（PD），其接线图如图及阶跃响应如图5所示。图5比例微分环节(5)比例积分环节，其接线图单位阶跃响应如图6所示。图6比例积分环节四、实验内容(1)分别画出比例、惯性、积分和微分环节的模拟电路图。

3、(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积分环节G1(S)=1/S和G2(S)=1/（0.5S）③比例微分环节G1(S)=2+S和G2(S)=1+2S④惯性环节G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1)⑤比例积分环节（PI）G（S）=1+1/S和G（S）=2（1+1/2S）五、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的？(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

4、似地视为积分环节?在什么条件下，又可以视为比例环节？(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？六、实验报告(1)画出五种典型环节的实验电路图，并注明相应的参数。(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)写出实验的心得与体会。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ξ=1，0<ξ<1，和ζ＞1三种状态下的单位阶跃响应。(3)增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σ%、峰值时间tp和调整时间ts。二、实验所需挂件及附件序号

5、型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK15控制理论实验或DJK16控制理论实验3超低频慢扫描示波器4万用表三、实验线路及原理图1二阶系统的模拟电路改变电阻R1的值，从而得到过阻尼(ξ>1)、临界阻尼（ξ=1）和欠阻尼（0＜ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。图20<ξ<1时的阶跃响应曲线图3ξ≥1时的阶跃响应曲线四、思考题(1)如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？(2)在电子模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？(3)试根据模拟电路推导K（开环增益）、ξ与系统参数的关系表

6、达式。五、实验方法(1)根据图1，调节相应的参数；(2)令ui(t)=1V，在示波器上观察不同K时的单位阶跃响应的波形；六、实验报告(1)画出二阶系统在不同K(开环增益)值下的瞬态响应曲线，并注明时间坐标轴。(2)写出本实验的心得与体会。