自控典型环节的电路模拟

实 验 报 告 课程名称： 自动控制原理 实验名称： 典型环节的电路模拟 一、实验目的 （1） 熟悉THBDC-1 型 信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台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、实验仪器 （1）THBDC-1 型 控制理论·计算机控制技术实验平台。 （2）PC 机一台(含上位机软件)、数据采集卡、37 针通信线 1 根、16 芯数据排线、采接卡接口线。 三、五种典型环节原理 自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组成。 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。它的实验电路与方框图分别如下： 由运算放大器的虚短、虚断原理：u +=u -，i+=i-=0，可得：IR1=IR2, 1UIR =2RUO (反相器改变了 UO的符号),UO=12RR UI,作为比例环节的传递函数与方框图如下： G(s)= )()(SUSUiO=12RR =K 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。它的实验电路与方框图分别如下： （图中后一个单元为反相-++RCui-++R0R0uo-++RCui-++R0R0uo器） 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。 3. 比例积分(PI)环节 比例积分环节的电路图与方框图分别为： 其中T=R2C，K=R2/R1 设Ui(S)为一单位阶跃信号，下图示出了比例系数(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 比例微分环节的电路图与方框图分别为如下： TsSUSUsGiO1)()()()11(11)()()(21211212CSRRRCSRRRCSRCSRSUSUsGiO )1()1()(112CSRRRTSKsG 其中CRTRRKD112,/ 设Ui(S)为一单位阶跃信号，下图示出了比例系数(K)为2、微分系数为TD 时 PD 的输出响应曲线。 . 5. 惯性环节 惯性环节的电路图与方框图分别为： 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 时响应曲线如图所示。 1)()()(TSKSUSUsGiO 四、实验数据图及分析 1、比例环节（单位阶跃响应） ①当电路中的参数取：R1=100K，R2=100K 响 应 曲线如下： 此时 K=12RR =UIUO =1,所以输入与输出曲线重合。 ②当电路中的参数取：R1=100K，R2=200K 响 应 曲线如下： 同理...