姓名： 學號：
一、 實驗名稱：
典型環節的電路模擬
二、 實驗目的：
1．熟悉「thbdc-1」型訊號與系統控制理論·計算機控制技術實驗平台及上位機軟體的使用；
2. 熟悉各典型環節的階躍響應特性及其電路模擬；
3. 測量各典型環節的階躍響應曲線，並了解引數變化對其動態特性的影響。
三、實驗裝置：
1.「thbdc-1」型控制理論·計算機控制技術實驗平台；
2. pc機一台(含上位機軟體)、usb資料採集卡、37針通訊線1根、16芯資料排線、usb介面線；
3. 雙蹤慢掃瞄示波器一台(可選)；
四、實驗內容：
1. 設計並組建各典型環節的模擬電路；
2. 測量各典型環節的階躍響應，並研究引數變化對其輸出響應的影響；
五、實驗步驟及結果：
自控系統是由比例、積分、微分、慣性等環節按一定的關係組建而成。熟悉這些典型環節的結構及其對階躍輸入的響應，將對系統的設計和分析是十分有益的。
本實驗中的典型環節都是以運放為核心元件構成，其原理框圖如圖1-1所示。
圖中z1和z2表示由r、c構成的複數阻抗。
1. 比例（p）環節圖1-1
比例環節的特點是輸出不失真、不延遲、成比例地復現輸出訊號的變化。它的傳遞函式與方框圖分別為：
根據比例環節的方框圖，選擇實驗台上的通用電路單元設計並組建相應的模擬電路，如下圖所示：
圖中後乙個單元為反相器，其中r0=200k。
1）若比例係數k=1時，電路中的引數取：r1=100k，r2=100k。單位階躍響應曲線如下：
2）若比例係數k=2時，電路中的引數取：r1=100k，r2=200k。單位階躍響應曲線如下：
2. 積分（i）環節
積分環節的輸出量與其輸入量對時間的積分成正比。它的傳遞函式與方框圖分別為：
根據積分環節的方框圖，選擇實驗台上的通用電路單元設計並組建相應的模擬電路，如下圖所示:
圖中後乙個單元為反相器，其中r0=200k。
1) 若積分時間常數t=1s時，電路中的引數取：r=100k，c=10uf(t=rc=100k×10uf=1)，單位階躍響應曲線如下：
2）若積分時間常數t=0.1s時，電路中的引數取：r=100k，c=1uf(t=rc=100k×1uf=0.1)，單位階躍響應曲線如下：
3. 比例積分(pi)環節
比例積分環節的傳遞函式與方框圖分別為：
其中t=r2c，k=r2/r1
根據比例積分環節的方框圖，選擇實驗台上的通用電路單元設計並組建相應的模擬電路，如下圖所示:
圖中後乙個單元為反相器，其中r0=200k。
1） 若取比例係數k=1、積分時間常數t=1s時，電路中的引數取：r1=100k，r2=100k，c=10uf(k= r2/ r1=1,t=r1c=100k×10uf=1),單位階躍響應曲線如下：
2）若取比例係數k=1、積分時間常數t=0.1s時，電路中的引數取：r1=100k，r2=100k，c=1uf(k= r2/ r1=1,t=r1c=100k×1uf=0.
1s)。其單位階躍響應曲線如下：
4. 比例微分(pd)環節
比例微分環節的傳遞函式與方框圖分別為：
其中根據比例微分環節的方框圖，選擇實驗台上的通用電路單元設計並組建其模擬電路，如下圖所示：
圖中後乙個單元為反相器，其中r0=200k。
1） 若比例係數k=1、微分時間常數t=1s時，電路中的引數取：r1=100k，r2=100k，c=10uf(k= r2/ r1=1,t=r1c=100k×10uf=1s)。其單位階躍響應曲線如下：
2）若比例係數k=0.5、微分時間常數t=1s時，電路中的引數取：r1=200k，r2=100k，c=10uf(k= r2/ r1=0.
5,t=r1c=100k×10uf=1s)。其單位階躍響應曲線如下：
5. 慣性環節
慣性環節的傳遞函式與方框圖分別為：
根據慣性環節的方框圖，選擇實驗台上的通用電路單元設計並組建其相應的模擬電路，如下圖所示：
圖中後乙個單元為反相器，其中r0=200k。
1）若比例係數k=1、時間常數t=1s時，電路中的引數取：r1=100k，r2=100k，c=10uf(k= r2/ r1=1,t=r2c=100k×10uf=1)。其單位階躍響應曲線如下：
2）若比例係數k=1、時間常數t=2s時，電路中的引數取：r1=100k，r2=200k，c=10uf(k= r2/ r1=2,t=r2c=200k×10uf=2)。其單位階躍響應曲線如下：
六、實驗結果分析：
1.比例環節：
由影象可知，當r2由100k變為200k（即比例係數由k=1變為k=2）時，輸出訊號變成原來的兩倍。
2.積分環節：
由影象可知，當c由10uf變為1uf（即積分時間常數由t=1s變為t=0.1s）時，輸出訊號上公升速率變快（即影象的斜率變大）。
3.比例積分環節：
由影象可知，當c由10uf變為1uf（即積分時間常數由t=1s變為t=0.1s）時，輸出訊號上公升速率變快（即影象的斜率變大）。
4.比例微分環節：
由影象可知，當r1由100k變為200k（即比例係數由k=1變為k=0.5）時，輸出訊號變小。
5.慣性環節：
由影象可知，當r2由100k變為200k（即時間常數由t=1s變為t=2s）時，輸出訊號上公升速率減慢，達到穩定時，輸出訊號的穩態值也變大。
七、實驗注意事項：
1. 為了更好的觀測實驗曲線，實驗時可適當調節軟體上的分頻係數(一般調至刻度「2」處)；
2. 當實驗電路中有積分環節時，實驗前一定要用鎖零單元進行鎖零，實驗時要退去鎖零。
3. 在比例積分環節中，通過改變r2、r1、c的值可改變比例積分環節的放大係數k和積分時間常數t。
4. 在慣性環節中，通過改變r2、r1、c的值可改變慣性環節的放大係數k和時間常數t。
八、實驗心得：
1. 用運放模擬典型環節時，其傳遞函式是在什麼假設條件下近似匯出的？
答：（1)假定運放具有理想特性，即滿足「虛短」「虛斷」特性；（2）運放的靜態量為零，個輸入量、輸出量和反饋量都可以用瞬時值表示其動態變化。
2.積分環節和慣性環節主要差別是什麼？在什麼條件下，慣性環節可以近似地視為積分環節？而又在什麼條件下，慣性環節可以近似地視為比例環節？
答：慣性環節的特點是，當輸入x(t)作階躍變化時，輸出y(t)不能立刻達到穩態值，瞬態輸出以指數規律變化。而積分環節，當輸入為單位階躍訊號時，輸出為輸入對時間的積分，輸出y(t)隨時間呈直線增長。
當t趨於無窮大時，慣性環節可以近似地視為積分環節，當t趨於0時，慣性環節可以近似地視為比例環節。
3. 為什麼實驗中實際曲線與理論曲線有一定誤差？
答：實驗使用的裝置中的電器元件本身就受到干擾，對實驗曲線有影響，故有誤差。
自動控制實驗是《熱工過程自動控制原理》這門課程的實踐性學習的乙個部分。自控實驗是將書本上理論抽象的知識轉變為影象等具體的表現，既提高了我們的動手操作能力，又鞏固了這門課的理論知識。
這次實驗，我們主要熟悉了比例、積分、微分、慣性環節的階躍響應特性及其電路模擬；動手測量了各典型環節的階躍響應曲線，並從影象中了解了引數變化對其動態特性的影響。我們在這次實驗中學習了這些基本環節及其的一些簡單組合，對我們在自動控制課程中學習複雜的系統有很大的幫助。
系統動態特性的基本表達方式是微分方程，傳遞函式是常係數線性微分方程的一種表達形式。脈衝響應函式和階躍響應函式也是系統動態特性的表達方式。由本次實驗可知，用階躍響應曲線表示系統的動態特性比較形象，它也是了解和測試系統動態特性的一種常用方法。
自控實驗報告
自動控制原理實驗報告 姓名林澤斌 學號201203870308 指導教師何能通 專業班級自動化1203班 學院資訊工程學院 提交日期 2014年12月15 一 實驗目的 1.掌握瞬態效能指標的測試技能。2.掌握引數對系統瞬態效能及穩定性的影響。3.了解和觀測校正裝置對系統穩定性及瞬態特性的影響。二 ...
自控實驗報告參考
東南大學自動化學院 實驗報告 課程名稱 自動控制基礎 實驗名稱自動控制大型實驗 院 系 自動化學院專業 自動化 姓名 顧李晶學號 08007326 實驗室實驗組別 同組人員 陳慧 魯翔實驗時間 2010 年 6 月 14 日 評定成績審閱教師 目錄一 設計內容頁碼 二 熟悉環境頁碼 三 建立傳遞函式...
自控原理實驗報告
第六次實驗 實驗六 二階閉環系統的頻率特性曲線 一 實驗目的 1 了解和掌握i型二階閉環系統中的對數幅頻特性的計算。2 了解和掌握欠阻尼i型二階閉環系統中的自然頻率 阻尼比對諧振頻率和諧振峰值的影響，及和的計算。3 了解和掌握i型二階閉環系統對數幅頻曲線的構造及繪製方法。二 實驗要求 在實驗箱上按照...