课程名称： 实验名称：
控制理论乙
控制系统典型环节的模拟
指导老师： 实验类型：
成绩：
同组学生姓名：
一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理
二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1．熟悉超低频扫描示波器的使用方法
2．掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路 3．测量典型环节的阶跃响应曲线
4．铜鼓哦是暗夜男了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响
二、实验内容和原理
以运算放大器为核心元件，由其不同的 右图中可以得到：
RC 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如下图所示。
G ( S)
u
0
Z
2
ui Z1
由上式可求得有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．积分环节
连接电路图如下图所示
和第一个实验相同， 电源为峰峰值为 30V 的阶跃函数电源， 运放为 LM358 型号运放。 在这次实验中，
R2 并不出现在电路中， 所以我们可以同时调节 达式为：
R1 的值和 C 的值来改变该传递函数的其他参量值。
具体表
1
Z 2
G ( s)
Z1
Cs R
1 RCs RC
1 Ts
式中： T
由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像
实验要求积分环节的传递函数需要达到（ 2．比例微分环节
连接电路图如下图所示
1） G1 (s)
1 s
（ 2） G2 (s)
1 0.5s
在该电路中，实验器材和第一次实验与第二次实验不变， R2 仍然固定为 1M 不改变。 R1 与 C 后与运算放大器的负端相连， R2 接在运放的输出端和负输入端两端，起到了负反馈调节作用。具体表达式为：
并联之
G ( s)
Z 2 Z1
R2 R1 / Cs R1 1/ Cs
式中， K
R2 (R1Cs 1) K (Ts 1) R1
R2
，T R1C
R1
由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像
实验要求惯性环节的传递函数需要达到（
1） G ( s)
1
2 s （ 2） G (s) 1 2s
2
3．惯性环节
连接电路图如图所示
在该图中，电源由控制理论电子模拟箱中的阶跃响应电源来代替，电源的峰峰值为
箱中，运算放大器采用
LM358 型号的运算放大器。在控制理论电子模拟箱中，
1M Ω ，所以我们可以调整 R1 和 C 来改变阶跃响应函数图像的其他参数。 放的负输入端和输出端之间，起到了负反馈调节作用。具体导出式如下
30V ；在模拟电子
R2 是一个固定值，固定为
电阻 R2 和电容 C 并联接入在运
Z 2
G( s)
Z1
R2 / Cs R2 1/ Cs
R1
式中， K
R2 1 K R1 R2Cs 1 Ts 1
R2C
R2 ， T R1
由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像
实验要求惯性环节的传递函数需要达到（
1） G1 ( s)
1 s 1
（ 2） G2 (s)
1 0.5s 1
三、主要仪器设备
1．控制理论电子模拟实验箱一台 2．超低频慢扫描示波器一台
3．万用表一只
四、操作方法和实验步骤
1.积分环节
（2）根据实验要求的传递函数算出
（1）按照电路原理图，将实际的电路图连接起来 在实验 1 中， T=RC=1 ，所以取
R1与 C的值。
R1=1M Ω ， C=1μ F；在实验 2 中， T=RC=0.5 ，所以取 R1=1M Ω ， C=0.5
μ F（由两个 1μ F 的电容串联得到 0.5μ F 的电容）（3）将示波器的两个表笔接入输出端和输入端
（4）接通电源，按下按钮，观察在阶跃函数的直流电源激励下，输出端的阶跃响应。
2．比例微分环节
（1）按照电路原理图，将实际的电路图连接起来 （2）根据实验要求的传递函数算出
来完成实验。
R2、 R1 与 C 的值。由于 R2 固定为 1M Ω ，所以只能调整 R1 和 C 的值
在实验 1 中， K=2 ，T=1 ，所以取 R1=0.5，R2=0.5M Ω ，C=1/R 1=2 μ F（由两个 1M Ω 并联起来得到 0.5M Ω 的电阻，由两个 1μ F 并联起来得到 2μ F 的电容）
在实验 2 中， K=1 ， T=2 ，所以 R1=R 2=1M Ω ， C=1 μF （ 3）将示波器的两个表笔接入输出端和输入端
3．惯性环节
（ 1）按照电路原理图，将实际的电路图连接起来
（ 4）接通电源，按下按钮，观察在阶跃函数的直流电源激励下，输出端的阶跃响应。
（ 2）根据实验要求的传递函数算出R1、 R2 与 C 的值。实验箱中 R2 电阻固定为 1M Ω 。 在实验 1 中， T=1 ， K=1 ，所以 R1=R 2=1M Ω ， C=1 μF；
在实验 2 中， T=0.5 ， K=1 ，所以 R1=R 2=1M Ω， C=0.5 μ F（由两个 1μF 的电容串联得到 （ 3）将示波器的两个表笔接入输出端和输入端 （ 4）接通电源，按下按钮，观察在阶跃函数的直流电源激励下，输出端的阶跃响应。五、实验数据记录和处理
0.5μ F 的电容）
1．积分环节
（ 1） G1 (s)
1 s
（2） G2 ( s)
1 0.5s
2. 比例积分环节
（
1）
G1( s) 2 s
（
2）
G2 (s) 1 2s
3.
惯性环节
（ 1） G1( s)
1
s 1
控制系统的典型环节的模拟实验报告 - 图文
