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1、专业：电气工程及其自动化姓名:沖尸丿、唆实验报告学号:日期：2014.10.28# / 6地点：教二-104课程名称：控制理论指导老师： 成绩： 实验名称：典型环节的模拟实验类型：同组学生姓名: 一、实验目的1 熟悉慢扫描示波器的性能和使用方法；2. 掌握典型环节的电模拟方法及其参数测试方法；3测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。 、实验仪器1. 电子模拟实验装置一台；2. 型超低频慢扫描示波器一台；3. 万用表一只。三、实验原理本实验采用复合网络来模拟各种典型环节，即设置运算放大器不同的输入网络和反馈网络来模拟各种典型环节(注意环节的输入信号和输出信号的极性)。四、实验
2、内容1. 了解双线示波器的使用方法和性能；2. 按各种典型环节接好实验线路，以电子模拟实验装置上的阶跃信号作为输入，用慢描示波器观察并记录典型环节的动态波形。五、(1)观察并记录惯性环节的动态波形，(2)观察并记录积分环节的动态波形,G1（s）G1（s）(3)观察并记录比例积分环节的动态波形，G 1(4)观察并记录比例积分微分环节的动态波形。实验电路及数据记录1惯性环节的模拟惯性环节模拟电路和 G 2 （s）1和 G 2 （s）s2（s）理论阶跃信号及其响应10.5s110.5s10.5sG(s)Uo(s)R2 / R1Ui(s)R2Cs 1G1(s)2s 1，我们选用R仁500k QR2=1
3、M Q, C=1uF搭建原理电路，所得到的实验图象如(1)下所示可以很明显地观察到 0时刻加了负单位阶跃信号以后，输出信号在不断地累积，直到其值等于负阶跃信号的绝对值的两倍之后才稳定下来。此图中纵坐标一格为2V，横坐标一格为0.5s。可以从图上大致看出，相应达到0.63倍的时间约为两格，即1s,这与G1的数据相当符合。 G 2(s)10.5s1，选用 R1=500k。,R2=500k Q,C=1uF，其图像为从示波器中可以观察到，相应稳定后的幅值为一倍的单位阶跃相应绝对值，达到0.63倍终值的时间约为一格即0.5s，这与G2的参数设定相符合。2.积分环节的模拟G(s)u。(s)Ui (s)1R
4、Cs(1) G 1(s)1，选用R1=1M，C=1uF，得到的示波器波形图为s1s,与G1的设定参数15V不变。可以发现响应随着时间的增加直线上升，达到单位相应额时间约为两格，即 相符合。同时由运放最大输出电压限制可知，该输出信号最终会稳定在 G 2(s)10.5s，选用R仁500k，C=1uF，得到的波形图:0.5s，与 G2 设1令S -JWI1：iH-lI 11-nkill1 LJ 11itillHJ3HIllil - 一1 1 1:1 ! 11LH1H1 1 ! ! _4r *|二图象与上一图象形状相同，但是明显可见达到单位响应的时间更短，大约为一格，即定参数相符。3比例积分环节的模拟
5、比例积分环节模拟电路及理论响应其中有G(s)u(s)Ui(S)(R1RiCs(1) Gi(s)由于实验时并没有将两个信号的原点对准，导致显示的波形图与积分环节的类似。但是观察可以发 现时间常数T约为1s，与G1设定相符。11，取R仁R2=1M，C=1uF，记录下波形图s G2(s)2，取R仁500k , R2=1M , C=1uF，记录波形图如下:0.5 s为了方便观察波形，已经将横坐标调节为一格0.05s,观察可知其 T=5*2*0.05s=0.5s，符合G2的参数设计。4.比例积分微分环节模拟比例积分微分环节模拟电路及理论输出G (s)U。(s)U i(s)R2CR1CR3CR2R3CR1
6、s)(1)取 R仁R2=200k，R3=5k，C1=1uF，C2=10uF，波形图:其波形大致符合，输出部分后来变成常数是因为达到了运放最大输出电压。(2)取 R仁R2=R3=200k，C1=1uF，C2=10uF，波形图:可以发现0时刻时，输出为单位冲激函数， 随后输出下降到一个单位输入大小，再随着世间增加匀速增加。但是波形图前半段有震荡现象，应该是模拟示波器显示单位冲激信号而导致的。我们可以认为该实验结果与理论值相符合。六、思考题1运算放大器模拟各环节的传递函数是在什么情况下推导的？把运算放大器视为理想放大器需以下条件：放大器的开环放大倍数为无限大；开环输入阻抗为无 限大，输出阻抗等于零；通频带为无限大。输入与输出间呈线性特性。一般情况下运算放大器的通频 带远远大于控制系统中各种典型环节的工作频段，上述3条件一般均能满足。且可工作在线性区内。2.积分环节和惯性环节主要差别是什么？惯性环节在什么情况下可近似为积分环节？在什么条件下，近似为比例环节？惯性环节的电容部分是与电阻并联的，而积分环节只有电容。惯性环节的2个电阻值相等，且阻值非常大时可以近似为积分环节。在电容值极小时可以视为比例环节。3 .如何从阶跃响应的输出波形中测出惯性环节的时间常数？在曲线上读出电压上升到稳态值的（1 1/e） 0.63时所对应的时间 T即可。
