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、实验设备型信号与系统•控制理论•计算机控制技术实验箱；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 Z］和 Z2表示由 R、C 构成的复数阻抗。1.比例（P）环节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。它的传递函数与方框图分别为:U(S)—O—U(S)i当 q（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。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:设 UQ）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。□图 1-其中 KpRC+RC—1122RC12T二 RC，T=RCI12D21G(s)=囲=罟=彳+RCS=斜+RCS)其中 T=R2C,K=R2/R]设 Uj(S)为一单位阶跃信号响应曲线。图 1-4 示出了比例系数(K)为 1、积分系数为 T 时的 PI 输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: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:RG(s)二 K(1+TS)二-2(1+R]CS)其中 K 二 R2/R「TD=Rf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。电圧叫HafUUi(t)图 1-55.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:1G(s)=Kp++TSTISD图 1-+RCS21设 U(S)为一单位阶跃信号 TI时 PID 的输出。U(S)—OU(S)iKTS+1线如图 1-7 所示。( R 2C2S + 1)( RQS + 1) R1C2SRC+RC1T21_1+—R1C2R1C2S图 1-6 ...
