精品好文档，推荐学习交流
实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真
一、实验目的
1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱及上位机软件的使用； 2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；
3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。 二、实验设备
1.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；
2.PC机一台(含上位机软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线；
3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 三、实验内容
1.设计并组建各典型环节的模拟电路；
2.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；
3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。 四、实验原理
自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。图中Z1和Z2表示由R、C构成的复数阻抗。
1.比例（P）环节 图1-1
比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。它的传递函数
UO(S)?K Ui(S)与方框图分别为：
G(S)?
当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K时的响应曲线如图1-2所示。
图1-2
2.积分（I）环节
积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为：
G(s)?UO(S)1
?Ui(S)Ts设Ui(S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T时的响应曲线如图1-3所示。
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢1
精品好文档，推荐学习交流
图1-3
3.比例积分(PI)环节
比例积分环节的传递函数与方框图分别为：
G(s)?UO(S)R2CS?1R21R21????(1?) Ui(S)R1CSR1R1CSR1R2CS其中T=R2C，K=R2/R1
设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T时的PI输出响应曲线。
图1-4
4.比例微分(PD)环节
比例微分环节的传递函数与方框图分别为：
G(s)?K(1?TS)?R2(1?R1CS) 其中K?R2/R1,TD?R1C R1
设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-5示出了比例系数(K)为2、微分系数为TD时PD的输出响应曲线。
图1-5
5.比例积分微分(PID)环节
比例积分微分(PID)环节的传递函数与方框图分别为：
G(s)?Kp?其中Kp?1?TDS TISR1C1?R2C2，TI?R1C2，TD?R2C1
R1C2仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢2
精品好文档，推荐学习交流
(R2C2S?1)(R1C1S?1)
R1C2SRC?R1C11 ?22??R2C1S
R1C2R1C2S ?设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-6示出了比例系数(K)为1、微分系数为TD、积分系数为
TI时PID的输出。
图1-6
6. 惯性环节
惯性环节的传递函数与方框图分别为：
G(s)?UO(S)K ?Ui(S)TS?1当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为1、时间常数为T时响应曲 线如图1-7所示。
图1-7
五、结果分析
1、各典型环节的multisim仿真波形和电路图： （1）比例环节。电路图和信号图如下：
图表 1比例系数2的电路图
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢3
最新自动控制原理实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真
