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《自动控制原理》实验实验名称：系统时域响应的动态测试学院：信息科学技术学院专业：电子信息工程班级：学号：姓名：同组成员：2011年12月10日《自动控制原理》实验报告一、实验目的1)掌握常用控制系统典型环节的电子电路实现。2)测试典型环节的阶跃响应曲线。3)了解典型环节中参数变化对输出动态性能的影响。二、实验仪器1)THSSC-1实验箱2)TDS2024示波器3)二、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1-1得：图1-1运放的反馈连接uZG(s)o2uZ11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单位阶跃响应。以下省略反相放大中的“”号。1)比例环节RGs()1R2图1-2比例环节实验所用元件参数RR12100,100.，绘制单位阶跃响应曲线。(2)惯性环节1《自动控制原理》实验报告1R2//ZR22Cs1KGs()式中TRCKRR2,/21。Z1R1R1R2Cs11Ts图1-3惯性环节实验所用元件参数RKRKCF12100,200,0.1，绘制阶跃响应曲线。(3)积分环节Z1/Cs11Gs()2式中TRCZ1RRCsTs图1-4积分环节实验所用元件参数RKCF100,1，绘制输出曲线。(4)振荡环节，其原理框图、接线图及单位阶跃响应分别如图1-5、图1-6所示。图1-5振荡环节原理框图2《自动控制原理》实验报告图1-6振荡环节原理框图图1-6为振荡环节的模拟线路图，它是由惯性环节、积分环节和一个反号器组成。根据它们的传递函数，可以画出图1-5所示的方框图，图中KRR12/1，TRC111，TRC232.由图1-5求得开环传递函数为：KKGS()式中K1STS(11)T2则US()KKT/2on1、2222USTSSKSSTKTSSi()1/1/12nnK111n，2n，T1T12T1n2KT1为使图1-6成为振荡环节，需调整参数K和T1，使01，呈欠阻尼状态。即环节的单位阶跃响应呈振荡衰减形式。三、实验按下列各典型环节的传递函数，调节响应的模拟电路的参数，观察并记录其单位阶跃响应的波形。1)比例环节3《自动控制原理》实验报告R100Gs()21R11002)惯性环节4《自动控制原理》实验报告1R//ZR2120012Gs()22CsZRRRCs11000.10.1s10.01s111123)积分环节5《自动控制原理》实验报告Z1/Cs111Gs()2Z1RRCs0.10.1s0.01s4)振荡环节6《自动控制原理》实验报告20011200开环传递函数GS()21000.01SSSS10.010.01Us()2200onU(s)S22S20.01S2S200inn141.42,0.35实测ymax=2.89V，y=2V7《自动控制原理》实验报告y-ymax100%44.5%y四、问题与思考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？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，输入量、输出量和反馈量都可以用瞬时值表示其动态变化。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，有可以视为比例环节？答：(1)惯性环节的特点是，当输入xt()作阶跃变化时，输出yt()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积分，输出随时间呈直线增长。1(2)由惯性环节的传递函数GS()可知：TS1当时间常数T很大时，惯性环节可以近似为积分环节；当时间常数T很小时，惯性环节可以近似为比例环节。8