实验1控制系统典型环节的模拟一、实验目的.pdf

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1、1 实验 1 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电子电路 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、实验仪器 1)控制理论电子模拟实验箱一台 2)超低频慢扫描示波器一台 3)万用表一只 三、实验原理 以运算放大器为核心原件，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，它们都是由 R、C 构成。基于图中 A 点的点位为虚地，略去流入运放的电流，则由图 1-1 得：021()iuZG suZ (1)由上式可求得

2、由下列模拟电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 比例环节的模拟电路如图 1-2 所示：21820K()2410KZG sZ 图 1-1 运放的反馈连接 图 1-2 比例环节 2 2)惯性环节 22221112/1/1()11RCsZRCsRKG sZRRR CsTs (2)取参考值1R=100K，2R=100K，C=1F。图 1-3 惯性环节 3)积分环节 211/()ZCsG sZR 1RCs 1Ts (3)式中积分时间常数T=RC，取参考值 R=200K，C=1F。4)比例微分环节（PD），其接线图及阶跃响应如图1-5 所示。21()ZG sZ211/1/RRCsRC

3、s211(1)(1)DRRCsK T sR (4)图 1-4 积分环节 其中 K=21RR，DT=1RC，参考值1R=200K，2R=410K，C=0.1F。3 图 1-5 比例微分环节 5)比例积分环节，其接线图及单位阶跃响应如图 1-6 所示。21()ZG sZ=12111/1RCsR CsRRCs =22111211(1)RRRRCsRR Cs=21(1)KT s (5)式中 K=21RR，2T=2RC，参考值1R=200K，2R=410K，C=0.1F。图 1-6 比例积分环节 二、实验内容与步骤 1、分别画出比例、惯性、积分和微分环节的电子电路图。2、按下列各典型环节的传递函数，调节

4、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 1()G s=1 和2()G s=2 2)积分环节 1()G s=1/s 和2()G s=1/(0.5s)3)比例微分环节 1()G s=2+s 和2()G s=1+2s 4 4)惯性环节 1()G s=1/(s+1)和2()G s=1/（0.5s+1）5)比例积分环节（PI）1()G s=1+1/s 和2()G s=2（1+1/2s）五、注意事项 1)输入的单位阶跃信号取自实验箱中的函数信号发生器。2)电子电路中的电阻取千欧，电容为微法。六、实验报告要求 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)写出实验心得与体会。七、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？