典型环节的模拟研究自动控制实验报告

实验1 典型环节的模拟研究一、实验目的1．了解并掌握TD －ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。

2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。

3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、实验设备TD －ACC+型实验系统一套；数字示波器、万用表。

三、实验内容及步骤1．实验准备：将信号源单元的“ST ”插针与“S ”端插针用“短路块”短接。

将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT ”端输出的方波幅值为2V ，周期为10s 左右。

2．观测各典型环节对阶跃信号的实际响应曲线 (1) 比例( P )环节① 按模拟电路图1-1接好线路。

注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K 的电阻，实验中不需要再接。

以后的实验中用到的运放也如此。

② 将模拟电路输入 (U i ) 端与信号源的输出端“OUT ”相连接；用示波器观测模拟电路的输入 (U i ) 端和输出 (U o ) 端，观测实际响应曲线U o (t )，记录实验波形及结果于表1-1中。

表1-1阶跃响应： U O (t )=K (t ≥0) 其中 K =R 1R 0⁄实验参数理论计算示波器观测值输入输出波形0R 1Ro 1i 0U R U R =i U o Uo iU U Ωk 200Ωk 1000.5Ωk 200 1R 0=200kΩ；R 1=100kΩ或200kΩ图1-1U i R 0R 1RR10K10K U o(2) 积分( I )环节①按图1-2接好线路。

② 将模拟电路输入 (U i ) 端与信号源的输出端“OUT ”相连接；用示波器观测模拟电路的输入 (U i ) 端和输出 (U o ) 端，观测实际响应曲线U o (t )，测量积分时间T ，记录实验波形及结果于表1-2中。

表1-2阶跃响应： o 01()U t t R C=(t ≥0) 注意：积分时间T 是指积分初始时间到输出值等于输入值时的时间。

本科实验报告课程名称：自动控制原理实验姓名：学院(系)：专业：控制学号：指导教师：浙江大学实验报告实验项目名称：控制系统典型环节的模拟同组学生姓名：实验地点：月牙楼301实验日期：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1) 比例环节2) 惯性环节3) 积分环节4) 比例微分环节（PD）5) 比例积分环节四、按所设计的电路原理图接线，并在各电路的输入端输入阶跃信号，在电路的输出端观察并记录其单位阶跃响应的输出波形。

（1）比例电路波形图G(s)=1G(s)=2(2) 惯性环节，G1(s) =1/(s+1)G (s) =1/（0.5s+1）3) 积分环节 G (s) =1/sG (s) =1/(0.5s)(4)比例微分G (s) =2+sG (s) =1+2s5) 比例积分环节（PI）G (s) =1+1/sG (s) =2（1+1/2s）1、比例环节：输出量不失真，无惯性地跟着输入量变化，而且两者成比例关系；2、惯性环节：由于惯性环节中含有一个储能原件，当输入量突然变化时，输出量不能跟着变化，而是按指数规律变化；3、积分环节：只要有一个恒定的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。

(输出量取决于输入量对时间的积累,输入量作用一段时间后,即使输入量变化,输出量仍会保持在已达到的数值)；4、微分环节：理想微分环节的输出与输入量的变化速度成正比，在阶跃输入作用下的输出响应为一理想脉冲（实际上无法实现）。

五、实验思考题1、用运算放大器模拟典型环节时，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出来的？答：①假定运放具有理想特性，即满足“虚短”“虚断”特性②运放的静态量为零，个输入量、输出量和反馈量都可以用瞬时值表示其动态变化。

控制系统的典型环节的模拟实验报告一、实验题目：控制系统的典型环节的模拟实验报告二、实验目的：1. 了解控制系统中的典型环节的特性；2. 学习如何模拟典型环节的动态响应；3. 分析和验证控制系统的稳态和动态特性。

三、实验设备和材料：计算机、MATLAB软件、控制系统模拟工具箱。

四、实验原理：控制系统在工程实践中常常包括传感器、执行器、控制器以及被控对象等多个环节。

典型环节主要包括惯性环节和一阶滞后环节。

1. 惯性环节：惯性环节指的是一种动态响应特性，常用一阶惯性环节来描述。

其传递函数表达式为：G(s) = K / (Ts + 1)，其中K为增益，T为时间常数。

2. 一阶滞后环节：一阶滞后环节指的是一种静态响应特性，常用一阶滞后环节来描述。

其传递函数表达式为：G(s) = Ke^(-To s) / (Ts + 1)，其中K为增益，To为滞后时间常数，T为时间常数。

五、实验步骤：1. 打开MATLAB软件，并导入控制系统模拟工具箱；2. 定义惯性环节的传递函数：G1 = tf([K],[T 1]);3. 定义一阶滞后环节的传递函数：G2 = tf([K*exp(-To)],[T 1]);4. 绘制惯性环节的阶跃响应曲线：step(G1);5. 绘制一阶滞后环节的阶跃响应曲线：step(G2);6. 根据实验结果，分析和比较两种环节的动态响应特性。

六、实验结果：1. 惯性环节的阶跃响应曲线呈现一定的超调和过渡时间，随着时间的增加逐渐趋于稳态；2. 一阶滞后环节的阶跃响应曲线较为平滑，没有显著的超调和过渡时间现象，但需要较长的调节时间才能达到稳态。

七、实验结论：控制系统中的典型环节具有不同的响应特性，惯性环节一般具有超调和过渡时间现象，而一阶滞后环节则响应相对平滑。

在实际应用中，可以根据具体的控制要求和实际环境选择适合的环节类型，以达到理想的控制效果。

八、实验心得：通过本次实验，我进一步了解了控制系统中的典型环节，学会了如何模拟和分析这些环节的特性。

实验一 典型环节的模拟研究一、实验目的：1． 了解并掌握XG2003自控理论教学实验系统模拟电路的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。

2． 熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。

3． 了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、实验要求：1． 观测各种典型环节的阶跃响应曲线。

2． 观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响。

三、实验仪器：1． XG2003教学实验板 一台 2． 示波器一台 3． 万用表一块四、实验原理和电路：本实验是利用运算放大器的基本特性（开环增益高、输入阻抗大、输出阻抗小等），设置不同的反馈网络来模拟各种典型环节。

典型环节块图及其模拟电路如下：1．比例（P ）环节。

其方块图如图1-1A 所示。

图1-1B 比例环节模拟电路比例环节的模拟电路如图1—1B 所示，其传递函数为1)()(R R s Ui s Uo = (1-2)比较式(1-1)和(1-2)得 K = R1/R0 (1-3)当输入为单位阶跃信号时，即)()(t l t U i = 时，SS U i 1)(=则由式(1-1)得 SKS U 1)(0= ， 所以输出响应为 K t U =)(0 (t ≥0) (1-4) 其输出方波如图1-1C 。

2．积输分（I ）环节。

其方块图如图1—2A 所示。

图1-1C 比例环节输出波形图 图1-2A 积分环节方块图 其传递函数为TSs Ui s Uo 1)()(=(1-5) 积分环节的模拟电路如图1—2B 所示。

图1-2B 积分环节模拟电路 积分环节模拟电路的传递函数为RoCSs Ui s Uo 1)()(=(1-6) 比较式(1-5)和(1-6)得C R T 0= 当输入为单位阶跃信号，即)()(t l t U i =时，S S U i 1)(=，则由式(1-5)得到TS S U 1)(0=·S 1=21TS 所以输出响应为：t T t U 1)(0=其输出波形如图1-2C 所示。

验证性实验实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究一、实验目的1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。

2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。

二、实验内容1．设计各种典型环节的模拟电路。

2．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

3．利用上位机界面上的软件仿真功能，完成各典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟测试的结果作比较。

三、实验步骤1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。

注意实验前必须先将实验箱断电，再接线。

接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。

在输入阶跃信号时，除比例环节运放可不锁零（G可接-15V）也可锁零外，其余环节都需要考虑运放锁零。

2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。

为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。

仍以比例环节为例，此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A通道的输出端），将Uo连到实验箱 U3单元的I1（A/D通道的输入端），将运放的锁零G连到实验箱 U3单元的G1（与O1同步），并连好U3单元至上位机的并口通信线。

接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。

界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”选择“通道O1＃”，“采样通道X”选择“通道I1＃”，“采样通道Y”选择“不采集”。

②进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的提示（在界面正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则请求指导教师帮助。

实验1 控制系统典型环节的模拟实验（一）实验目的：1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。

2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。

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。

实验内容及步骤实验内容：观测比例、惯性和积分环节的阶跃响应曲线。

实验步骤：分别按比例，惯性和积分实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行。

①按各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。

(PID先不接)②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。

③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。

改变比例参数，重新观测结果。

④同理得积分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线。

实验数据实验二控制系统典型环节的模拟实验（二）实验目的1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。

2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。

实验仪器1．自动控制系统实验箱一台2．计算机一台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。

实验内容及步骤内容：观测PI，PD和PID环节的阶跃响应曲线。

步骤：分别按PI，PD和PID实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行①按各典型环节的模拟电路图将线接好。

实验一典型环节的模拟研究及阶跃响应分析1、比例环节可知比例环节的传递函数为一个常数：当Kp 分别为，1，2时，输入幅值为的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为，，的反向阶跃信号。

实验中，输出信号依次为幅值为，，的反向阶跃信号，相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%.在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。

2、 积分环节积分环节传递函数为：〔1〕T=0.1(0.033)时，C=1μf(0.33μf)，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图：与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上时的波形斜率近似为时的三倍，实际上为，在误差允许范围内可认为满足理论条件。

3、 惯性环节惯性环节传递函数为：K = R f /R 1,T = R f C,（1） 保持K = R f /R 1= 1不变，观测秒，秒〔既R 1 = 100K,C = 1μf ，μf 〕时的输出波形。

利用matlab 仿真得到理论波形如下：时t s 〔5%〕理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：〔400-300〕/300=33.3%,读数误差较大。

K 理论值为1，实验值，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近。

时t s 〔5%〕理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：〔40-30〕/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。

K 理论值为1，实验值，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近（2） 保持T = R f s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。

K=1时波形即为〔1〕中时波形K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果：t s 〔5%〕理论值为300ms,实际测得t s =400ms相对误差为：〔400-300〕/300=33.3% 读数误差较大K 理论值为2，实验值， 相对误差为〔〕/2=5.7%if i o R RU U -=1TS K)s (R )s (C +-=与理论值较为接近。

一、实验背景随着现代工业和科技的飞速发展，自动控制技术在各个领域得到了广泛应用。

为了使学生更好地理解和掌握自动控制原理及其应用，我们进行了为期两周的自控实验。

本次实验旨在通过实际操作，加深对自动控制原理的理解，提高动手实践能力。

二、实验目的1. 熟悉自动控制实验的基本原理和方法；2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法；3. 学会运用实验仪器进行实验操作和数据分析；4. 提高团队合作意识和解决问题的能力。

三、实验内容1. 典型环节及其阶跃响应实验本实验通过模拟电路，研究了典型环节（比例环节、积分环节、微分环节）的阶跃响应。

通过改变电路参数，分析了参数对系统性能的影响。

2. 二阶系统阶跃响应实验本实验研究了二阶系统的阶跃响应，通过改变系统的阻尼比和自然频率，分析了系统性能的变化。

3. 连续系统串联校正实验本实验研究了连续系统串联校正方法，通过调整校正装置的参数，使系统达到期望的性能指标。

4. 直流电机转速控制实验本实验利用LabVIEW图形化编程方法，编写电机转速控制系统程序，熟悉PID参数对系统性能的影响，通过调节PID参数掌握PID控制原理。

四、实验结果与分析1. 典型环节及其阶跃响应实验通过实验，我们观察到不同环节的阶跃响应曲线。

在比例环节中，随着比例系数的增加，系统的超调量减小，但调整时间增加。

在积分环节中，随着积分时间常数增大，系统的稳态误差减小，但调整时间增加。

在微分环节中，随着微分时间常数增大，系统的超调量减小，但调整时间增加。

2. 二阶系统阶跃响应实验通过实验，我们分析了二阶系统的性能。

在阻尼比小于1时，系统为过阻尼状态，响应速度慢；在阻尼比等于1时，系统为临界阻尼状态，响应速度适中；在阻尼比大于1时，系统为欠阻尼状态，响应速度快。

3. 连续系统串联校正实验通过实验，我们掌握了串联校正方法。

通过调整校正装置的参数，可以使系统达到期望的性能指标。

4. 直流电机转速控制实验通过实验，我们学会了利用LabVIEW图形化编程方法，编写电机转速控制系统程序。

实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析1、比例环节可知比例环节的传递函数为一个常数：当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。

实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号， 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。

2、 积分环节积分环节传递函数为：（1）T=0.1(0.033)时，C=1μf (0.33μf )，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满足理论条件。

3、 惯性环节惯性环节传递函数为：if i o R RU U -=TS1CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=1TS K)s (R )s (C +-=K = R f /R 1,T = R f C,（1） 保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ，0.1μf ）时的输出波形。

利用matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。

K 理论值为1，实验值2.12/2.28，相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近。

T=0.01时t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3%由于ts 较小，所以读数时误差较大。

K 理论值为1，实验值2.12/2.28，相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近（2） 保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。

自动控制原理实验实验名称：典型环节的模拟研究学校：西安邮电大学学院：自动化学院班级：测控1201班姓名：晁义飞学号：06122018时间：2014年4月15日典型环节的模拟研究一. 实验目的1． 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2． 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二．实验内容及步骤观察分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。

改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果。

运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。

（1）观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。

图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：01(S)(S)(S)R R K KU U G i O === ； 单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤：（注：‘S ST ’用短路套短接）（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（指示灯亮）。

② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒。

③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V （D1单元右显示）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。

（b ）测孔联线（3）运行、观察、记录：打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），观测A5B 输出端（Uo ）的实际响应曲线。

示波器的截图详见虚拟示波器的使用。

西南交通大学自动控制原理课程实验报告册
《自动控制原理》课程实验报告(一)
《自动控制原理》课程实验报告(二)
《自动控制原理》课程实验报告(三)
《自动控制原理》课程实验报告(四)
三、思考题
1. 参数在一定范围内取值才能使闭环系统稳定的系统称为条件稳定系统。

对于这类系
统可以通过根轨迹法来确定使系统稳定的参数取值范围，也可以适当调整系统参数或增加校正网络以消除条件稳定性问题。

对于下图所示条件稳定系统：
试问能否通过增加开环零极点消除系统条件稳定性问题，即对于所有根轨迹增益，根轨迹全部位于s左半平面，闭环系统稳定。

《自动控制原理》课程实验报告(五)
《自动控制原理》课程实验报告(六)
《自动控制原理》课程实验报告(七)
《自动控制原理》课程实验报告(八)
《自动控制原理》课程实验报告(九)。

实验一 典型环节的模拟研究一．实验目的：1、了解并掌握ACLS-1控制理论实验箱模拟电路的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。

2、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。

3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

二．实验要求：1、观测各种典型环节的阶跃响应曲线。

2、观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响。

三．实验仪器：1、ACLS-1控制理论实验箱 一台2、超低频示波器 一台3、万用表 一块四．实验原理和电路：实验是利用运算放大器和其它元器件构成的网络来模拟各种典型环节，接线方法见附录一和ACLS-1控制理论实验箱原理图。

典型环节方块图及其模拟电路如下：1.比例（P）环节：i当输入为单位阶跃信号，即)(1)(t t U i =时，SS U i 1)(=。

则由式（1－1） 得到：SK S U o 1)(•=其传递函数为：TSS U S U i o 1)()(= （1－5）积分环节的模拟电路如图1-2B 所示。

积分环节接线图：把图1－1B（b）中的R1换为C 即可。

积分环节模拟电路的传递函数为：CSR S U S U i o 01)()(= （1－6）比较式（1-5）和（1-6）得: C R T 0= （1－7） 当输入为单位阶跃信号，即)(1)(t t U i =时，SS U i 1)(=。

则由式（1－5） 得到：2111)(TS S TS S U o =•=比例积分环节的模拟电路如图1-3B 所示。

比例－积分环节接线图：把图1－1B（b）中的R1换成R1和C 串联即可。

其传递函数为：CSR R R CS R CS R S U S U i o 0010111)()(+=+= （1－10）比较式（1-9）和（1-10）得:当输入为单位阶跃信号，即)(1)(t t U i =时，SS U i 1)(=。

则由式（1－9） 得到：STS K S U o 1)1()(•+=惯性环节的接线图：把图1－1B（b）中的R1换成R1和C 并联即可。

实验名称控制系统典型环节的模拟实验实验序号 1 实验时间2014-10-22学生姓名学号12140102专业自动化班级 2 年级12级指导教师贾群实验成绩一、实验目的：1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。

2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。

二、实验条件：1、台式计算机2、控制理论&计算机控制技术实验箱THKKL-4系列3、THKKL仿真软件三、实验原理和内容：1．对表一所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路(参见表二)。

表一：典型环节的方块图及传递函数2．测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。

3．改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。

表二：典型环节的模拟电路图四、实验步骤：1．观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实验步骤：2．观察PID 环节的响应曲线实验步骤：①将U1 单元的周期性方波信号(U1 单元的ST 端改为与S 端用短路块短接，S 11 波段开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压，信号周期由波段开关S 11 和电位器W 11 调节，信号幅值由电位器W 12 调节。

以信号幅值小、信号周期较长比较适宜)。

②参照表二中的PID 模拟电路图，按相关参数要求将PID 电路连接好。

③将①中产生的周期性方波信号加到PID 环节的输入端（U i ），用示波器观测PID 输出端(Uo)，改变电路参数，重新观察并记录。

五、实验记录结果：比例环节R0=250K R1=250K积分环节R0=250K C=1uF六、实验讨论和总结：。

一、实验目的1. 熟悉自动控制原理中典型环节的电路模拟与软件仿真方法。

2. 掌握典型环节（比例、积分、微分、惯性等）的阶跃响应特性及其动态特性。

3. 分析参数变化对典型环节阶跃响应的影响，为控制系统设计提供理论依据。

二、实验原理自动控制系统中，各种典型环节按照一定的关系组合而成，实现对被控对象的调节与控制。

本实验通过电路模拟与软件仿真，研究典型环节的阶跃响应特性及其动态特性。

三、实验仪器与设备1. XMN-2自动控制原理模拟实验箱2. 计算机3. CAE-PCI软件4. 万用表四、实验内容及步骤1. 比例环节（1）搭建比例环节模拟电路，测量输入、输出电压，记录数据。

（2）利用CAE-PCI软件对比例环节进行仿真，设置不同的比例系数，观察阶跃响应曲线。

（3）分析参数变化对比例环节阶跃响应的影响。

2. 积分环节（1）搭建积分环节模拟电路，测量输入、输出电压，记录数据。

（2）利用CAE-PCI软件对积分环节进行仿真，设置不同的积分时间常数，观察阶跃响应曲线。

（3）分析参数变化对积分环节阶跃响应的影响。

3. 微分环节（1）搭建微分环节模拟电路，测量输入、输出电压，记录数据。

（2）利用CAE-PCI软件对微分环节进行仿真，设置不同的微分时间常数，观察阶跃响应曲线。

（3）分析参数变化对微分环节阶跃响应的影响。

4. 惯性环节（1）搭建惯性环节模拟电路，测量输入、输出电压，记录数据。

（2）利用CAE-PCI软件对惯性环节进行仿真，设置不同的时间常数，观察阶跃响应曲线。

（3）分析参数变化对惯性环节阶跃响应的影响。

五、实验结果与分析1. 比例环节（1）实验结果：随着比例系数的增大，比例环节的阶跃响应速度加快，但超调量增大。

（2）分析：比例环节的阶跃响应速度与比例系数成正比，超调量与比例系数成反比。

2. 积分环节（1）实验结果：随着积分时间常数的增大，积分环节的阶跃响应速度变慢，但超调量减小。

（2）分析：积分环节的阶跃响应速度与积分时间常数成反比，超调量与积分时间常数成反比。

实验一 典型环节的MATLAB 仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。

2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。

3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、实验原理1．比例环节的传递函数为2．惯性环节的传递函数为3．积分环节(I)的传递函数为4．微分环节(D)的传递函数为5．比例+微分环节（PD ）的传递函数为6．比例+积分环节（PI ）的传递函数为图1-8 比例+积分环节的模拟电路及SIMULINK图形图1-7 比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK 图形图1-6 微分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形图1-5 积分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形图1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK 图形图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形四、实验内容① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s G③ 积分环节s s G 1)(1=④ 微分环节s s G =)(1⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+=实验二 线性系统时域响应分析一、实验目的1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。

2．通过响应曲线观测特征参量ζ和n ω对二阶系统性能的影响。

3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。

二、实验内容1．观察函数step( )和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为146473)(2342++++++=s s s s s s s G可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线？试分别绘制。

控制系统的典型环节的模拟实验报告实验报告：控制系统的典型环节的模拟实验一、实验目的本实验旨在通过模拟实验的方式，深入了解控制系统中的典型环节，包括比例环节、积分环节和微分环节，并对其进行系统性的研究和分析。

二、实验原理1.比例环节：比例环节是最简单的一种控制环节，其输出值与输入值成线性关系，常用来放大或压缩信号。

比例环节的传递函数可以表示为：Gp(s)=Kp。

2.积分环节：积分环节可以在一段时间内不断积累输入变量的累计值，并将其作为输出信号的一部分。

积分环节的传递函数可以表示为：Gi(s)=Ki/s。

3.微分环节：微分环节针对输入信号的变化率进行调节，通过对输入信号进行微分运算得到输出信号的一部分。

微分环节的传递函数可以表示为：Gd(s)=Kd*s。

三、实验内容与步骤1.实验器材：计算机、SIMULINK仿真软件。

2.实验步骤：a)打开SIMULINK仿真软件并创建一个新的模型文件。

b)在模型文件中依次添加比例环节、积分环节和微分环节的模块，并连接起来。

c)设置比例环节、积分环节和微分环节的参数，分别设定Kp、Ki和Kd的取值。

d)构建输入信号和输出信号的模型，设置输入信号的变化规律并得到输出信号。

e)运行模型并观察输出信号的变化情况，记录实验结果。

f)分析实验结果，比较不同控制环节对输出信号的影响。

四、实验结果与分析在实验中，我们分别设置比例环节、积分环节和微分环节的参数，得到了不同的输出信号。

以比例环节为例，当Kp=1时，输入信号与输出信号相等；当Kp>1时，输出信号的幅度大于输入信号的幅度；当Kp<1时，输出信号的幅度小于输入信号的幅度。

类似地，当Ki和Kd的取值不同时，输出信号的变化也会有所不同。

通过实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1.比例环节的作用是放大或压缩输入信号的幅度，可以用于控制输出信号的增益。

2.积分环节的作用是对输入信号进行积分运算，可以平滑输出信号的变化，同时可以消除稳态误差。

典型环节的模拟研究一. 实验目的1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二．实验内容及步骤观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。

改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。

具体用法参见用户手册中的示波器部分1)．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。

图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：01(S)(S)(S)R R K KU U G i O === ； 单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中矩形波’（矩形波指示灯亮）。

② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。

③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V （D1单元‘右显示）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。

（a ）安置短路套（b）测孔联线模块号跨接座号1 A5 S4，S122 B5 ‘S-ST’（3）运行、观察、记录：打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V阶跃），观测A5B输出端（Uo）的实际响应曲线。

示波器的截图详见虚拟示波器的使用。

实验报告要求：按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。

南昌大学实验报告学生姓名： 马常珺 学 号： 6100311193 专业班级： 自动化115班 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：一、实验项目名称：典型环节的模拟研究 二、实验要求1． 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2． 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响三、主要仪器设备及耗材1．计算机一台（Windows XP 操作系统）2．AEDK-labACT 自动控制理论教学实验系统一套 3．LabACT6_08软件一套四、实验数据及处理结果1)．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。

图3-1-1 典型比例环节模拟电路典型比例环节的传递函数：01i O R R K K (S)U (S)U (S)G ===单位阶跃响应： K )t (U =实验分析：1、由电路图可知，当R1=100k 时，比例系数K=0.5 数据如下：其中CH1（上面一条线）为输入，CH2（下面一条线）为输出。

由图可得K=0.5，并且是把原图形比例缩小，图像与原图形趋势相同，无相角变化。

2、当R1=200K时，比例系数Ｋ＝１。

如图所示：输入输出信号重合，线性放大。

结论：比例环节是将输入信号进行无失真地进行放大，此实验放大系数k与R1有关，成正相关，改变R1，比例系数就随之改变，输出信号就相应改变。

2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。

图3-1-4 典型惯性环节模拟电路典型惯性环节的传递函数：C R T ,R R K ,TS1K(S)U (S)U (S)G 101i O ==+==单位阶跃响应：当Ｒ１＝２００ｋ，Ｃ＝１ｕｆ时，T=R1C=0.2s,K=1 如图：当t=T 时，U0=K*0.632*Ui=0.632*3.75=2.54由图得，此时t=200ms=T 。