1《控制工程基础》实验报告姓名欧宇涵914000720206周竹青914000720215学院教育实验学院指导老师蔡晨晓南京理工大学自动化学院2017年1月23实验1：典型环节的模拟研究一、实验目的与要求：1、学习构建典型环节的模拟电路；2、研究阻、容参数对典型环节阶跃响应的影响；3、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并计算其典型环节的传递函数。二、实验内容：完成比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃响应特性的影响。三、实验步骤与方法（1）比例环节图1-1比例环节模拟电路图比例环节的传递函数为：KsUsUiO)()(，其中12RRK，参数取R2=200K，R1=100K。步骤：1、连接好实验台，按上图接好线。2、调节阶跃信号幅值(用万用表测)，此处以1V为例。调节完成后恢复初始。3、Ui接阶跃信号、Uo接IN采集信号。4、打开上端软件，设置采集速率为“1800uS”，取消“自动采集”选项。5、点击上端软件“开始”按键，随后向上拨动阶跃信号开关，采集数据如下图。图1-2比例环节阶跃响应4（2）积分环节图1-3积分环节模拟电路图积分环节的传递函数为：STVVIIO1，其中TI=RC，参数取R=100K，C=0.1μf。步骤：同比例环节，采集数据如下图。图1-4积分环节阶跃响应（3）微分环节图1-5微分环节模拟电路图200KRVIVoCR2CR1VIVo200K5微分环节的传递函数为：KSTSTVVDDIO1，其中TD=R1C、K=12RR。参数取：R1=100K，R2=200K，C=1μf。步骤：同比例环节，采集数据如下图。图1-6微分环节阶跃响应（４）惯性环节图1-7惯性环节模拟电路图惯性环节的传递函数为：1TSKVVIO，其中2TRC,21RKR。参数取：R1=100K，R2=200KC=0.1μf。步骤：同比例环节，采集数据如下图。VoR2R1200KVIC6图1-8惯性环节阶跃响应四、实验结果分析：1、画出比例环节、微分环节、积分环节、惯性环节的模拟电路图，并求出传递函数。通过实验得出比例环节、微分环节、积分环节、惯性环节的阶跃响应曲线；2、由阶跃响应曲线估算出比例环节、惯性环节的传递函数，并与由电路计算的结果进行对比分析。（1）比例环节图4-1-1比例环节原始电路阶跃响应曲线7图4-1-2比例环节R2=400kΩ电路阶跃响应曲线8（2）积分环节图4-2-1积分环节原始电路阶跃响应曲线图4-2-2积分环节C=0.2uF电路阶跃响应曲线9（3）微分环节图4-3-1微分环节原始电路阶跃响应曲线图4-3-2微分环节R2=500kΩ阶跃响应曲线10（4）惯性环节图4-4-1惯性环节原始电路阶跃响应曲线图4-4-2惯性环节R1=400kΩ阶跃响应曲线1112实验2：典型系统时域响应动、静态性能分析和稳定性研究一、实验目的与要求：1、熟悉二阶模拟系统的组成，研究二阶系统分别工作在ξ＝1，0<ξ<1，ξ>1等状态下的阶跃响应；2、学习掌握动态性能指标的测试方法，研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响；3、检验系统的稳定性与系统本身结构参数的关系。二、实验内容：1、观察典型二阶系统的阶跃响应，测出系统的超调量和调节时间，并研究其参数变化对系统动态性能和稳定性的影响；2、针对某一给定控制系统进行实验，系统输入是脉冲函数，观察系统的不稳定现象。研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。三、实验步骤与方法：(一)二阶系统的阶跃响应实验典型二阶系统的方块结构图如下图所示：R(S)E(S)C(S)K1T1.s+11T0.s图2-1典型二阶系统结构图其开环传递函数为)1()(1STSKSG，01TKK为开环增益。其闭环传递函数为2222)(nnnSSSW，其中011TTKn，11021TKT。取二阶系统模拟电路图如下：图2-2典型二阶系统模拟电路图13其中100CRT，21CRTx，11RRKX。下面即测出二阶系统在过阻尼（1），临界阻尼（1），欠阻尼（10）等状态下的阶跃响应曲线。步骤：1、连接好实验台，按上图接好线。2、调节阶跃信号为1V(使用万用表测量)。调节完成后恢复信号到0V状态。3、Ui接阶跃信号，Uo接IN采集信号。4、打开上端软件，选中“低频扫描”，设置采集速率为“50mS”，取消“自动采集”选项。5、调节可变电阻观察过阻尼、临界阻尼、欠阻尼状态。改变电阻重新观察时需在进行放电操作（可以重新开关一次实验台）。6、点击上端软件“开始”按键，随后向上拨动阶跃信号开关，采集数据如下图。图2-3过阻尼、临界阻尼...
