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1、实验一实验一 控制系统典型环节的模拟控制系统典型环节的模拟 一、实验目的 一、实验目的 (1)学习典型环节的模拟方法。 (2)研究阻、容参数对典型环节阶跃响应的影响。 (3)熟悉超低频扫描示波器的使用方法。 (4)掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路。 (5)测量典型环节的阶跃响应曲线。 (6)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、实验设备 二、实验设备 序号 型 号 备 注 1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 2 DJK15 控制理论实验挂箱 或 DJK16 控制理论实验挂箱 3 超低频慢扫描示波器 4 万用表 三、实验线路及原理
2、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 1-1 所示。图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R、C构成。 第 1 页 基于图中 A 点的电位为虚地， A Z -+ Z u o接示波器 12 ui1i2i图 1-1 运放的反馈连接 略去流入运放的电流，则由图 1-1 得： 012( )uZG SuZ1=(1) 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 12200( )2100ZKG SZK=比例环节的模拟电路如图 1-2 所示： 02uotR =410k -+R =820kuo接示波器12=
3、-1VUi图 1-2 比例环节 （2）惯性环节 22221112/ 11/( )11RCS ZRKRCSG SZRRR CSTS+=+(2) 0KuotR -+Ruo 接示波器12C=-1VUi图 1-3、惯性环节 第 2 页 (7)积分环节 211/11( )ZCRG SZRRCST=S(3) 式中积分常数TRC= 0uotR -+Cuo 接示波器=-1VUi图 1-4 积分环节 (8)比例微分环节（PD） ，其接线图如图及阶跃响应如图 1-5 所示。 222 1 1111( )(1)(1)/ 1/DZRRG SRCSK T SRCSZR RCS=+=+(4) 其中2 1 1,DRKTRR=
4、C 0KuotR -+C Ruo 接示波器=-1VUi22图 1-5 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 1-6 所示。 第 3 页 2222111112121/(1)1()11(1)(1)IZRCSR CSRG SZRR CSRR CSRKRR CST S+=+=+=+（5） 式中2 22 1,RKTR C=(6)振荡环节， 其原理框图、 接线图及单位阶跃响应分别如图图 1-7 振荡环节原理框图 图 1-8 振荡环节接线图 R图 1-6 比例积分环节 1-7、图 1-8 所示。 01u (t)otK T S+1 11 T ou + -u i 1 S (S) 0Kuot
5、iuR-+R Cuo 接示波器12= -1VR -+Cuo 接示波器R -+C1+R 322- + +R001R1ui=1VR第 4 页 图 1-8 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，可以画出图示的方框图，/KRR1-7 所110=,111TR C，222TR C=.由图 1-7 求得开环传递函数为： 11( )(1)KKG SKS T ST=+则2 1 222 111( )/ ( )/2oninnUSKK T U STSSKSS TK TS2=+1111111,2,22nn nK TTTKT= K为使图 1-8 成为振荡环节，需调整参数和，
6、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。 四、实验内容 四、实验内容 (1)分别画出比例、惯性、积分、微分和振荡环节的模拟电路图。 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。 和1T(2)按下列各典型环节的传递函数，比例环节 G1(S)=1 和 G2(S)=2 积分环节 G1(S)=1/SG2(S)=1/（0.5S） 比例微分环节 G1(S)=2+S 和 G2(S)=1+2S 惯性环节 G1(S)=1/(S+1)和 G2(S)=1/(0.5S+1) 比例积分环节（PI）G（S）=1+1/S 和 G（S）=2（1+1/2S）第 5 页 101 . 010)( 2
7、2 1+=+=SSKSSTKSG振荡环节 五、思考题 五、思考题 (1)设计一个能满足。运算关系的实用加法器。 123eeee+=(2)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？ (3)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？ (4)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？ (5)如何设置必要的约束条件， 使比例微分环节、 比例积分微分环节的参数计算工作得以简化？ 六、实验报告 六、实验报告 (1)画出六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。 七、注意事项 七、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。 第 6 页
