自动控制原理实验指导书实验一控制系统典型环节的模拟实验目的1、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路2、测量典型环节的阶跃响应曲线3、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实验仪器1、自控原理电子模拟实验箱一台2、电脑一台（虚拟示波器）3、万用表一只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：（1）由上式可求得由下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。1、比例环节比例环节的模拟电路如图1-2所示：图1-1、运放的反馈连接（2）图1-2比例环节取参考值，；或其它的阻值。2、惯性环节惯性环节的模拟电路如图1-3所示：（3）图1-3惯性环节取参考值，，。3、积分环节积分环节的模拟电路如图1-4所示：（4）图1-4积分环节取参考值，。4、比例积分环节积分环节的模拟电路如图1-5所示：（5）图1-5比例积分环节取参考值，，。5、比例微分环节比例微分环节的模拟电路如图1-6所示：（6）取参考值，，。图1-6比例微分环节四、实验内容与步骤1、完成比例环节、惯性环节、比例积分环节、比例微分环节规定参数处的实验，并记录其单位阶跃响应波形（注意标明关键参数）。2、从实验波形中读取相关参数，并与理论计算值相比较。3、任意选定一个环节，如惯性环节，选取不同参数进行实验，并观察参数变化对阶跃响应的影响。五、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。六、实验报告要求1、画出典型环节的实验电路图及单位阶跃响应波形，并注明相应的参数。2、针对某一典型环节分析参数对响应曲线的影响。3、写出实验心得与体会。七、实验思考题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？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，又可以视为比例环节？3、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？实验二二阶系统的瞬态响应分析实验目的熟悉二阶模拟系统的组成。研究二阶系统分别工作在=1，0<<1，和1三种状态下的单位阶跃响应。分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量P、峰值时间tp和调整时间ts。4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。二、实验仪器1、自控原理电子模拟实验箱一台2、电脑一台（虚拟示波器）3、万用表一只三、实验原理图2-1二阶系统的模拟电路图2-1为二阶系统的模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反相器组成。图2-2为二阶系统的模拟电路图即图2-1的原理方框图，图中，，。图2-3二阶系统原理框图由图2-2求得二阶系统的闭环传递函数为：（１）而二阶系统标准传递函数为（２）对比式（１）和式（２），得，令秒，即，时，，调节开环增益K值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn和的值，还可以得到过阻尼(>1)、临界阻尼（=1）和欠阻尼（<1）三种情况下的阶跃响应曲线。三、实验内容与步骤1、根据图2-1，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为：2、令，在示波器上观察不同K（K=2，1，0.5，1/6）时的单位阶跃响应的波形，并由实验求得相应的σp、tp和ts的值。3、调节开环增益K，使二阶系统的阻尼比，观察并记录此时的单位阶跃响应波形和σp、tp和ts的值。四、实验报告1、画出二阶系统在不同K值（2，1，0.5，1/6）下的4条瞬态响应曲线，并注明时间坐标轴。2、按图2-1所示的二阶系统，计算K=2，1，0.5，1/6四种情况下和ωn值。据此，求得相应的动态性能指标σp、tp和ts，并与实验所得出的结果作一比较。3、写出本实验的心得与体会。五、实验思考题1、如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？2、在电子模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？3、为什么本实验的模拟系统中要用三只运算放大器？实验三线性系统的频率特性的测试一、实验目的掌握用频率法测试线性系统的频率特性。根据所测得的频率特性，写出系统的传递函数。二、实验仪器自控原理电子模拟实验箱一台电脑一台（虚拟示波器）万用表一只三、实验原理对于