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 数与方 框图分别 为： KSUSUSGiO)()()( 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： TsSUSUsGiO1)()()( 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。 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： )11(11)()()(21211212CSRRRCSRRRCSRCSRSUSUsGiO 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： )1()1()(112CSRRRTSKsG 其中CRTRRKD112,/ 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： STSTKpsGDI1)( 其中21221...
