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实验一 典型环节的电路模拟与数字仿真研究
一、实验目的
通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和数字仿真研究方法。
二、实验内容
1．设计各种典型环节的模拟电路
2．编制获得各种典型环节阶跃特性的数字仿真程序。
3．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
4．运行所编制的程序，完成典型环节阶跃特性的数字仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。
三、实验步骤
1．熟悉实验设备，设计并连接各种典型环节（如：比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路；
2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响；
3．用MATLAB编写计算各典型环节阶跃响应的计算机仿真程序；
4．计算机上运行仿真程序，完成各典型环节阶跃特性的数字仿真研究，并与电路模拟测试的结果作比较。
5．分析实验结果，完成实验报告。
四、附录
1．比例(P)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应
比例环节的传递函数为：
其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.1.1、图1.1.2和图1.1.3所示，于是，实验参数取R0＝100k，R1＝200k， R=10k。
2．积分(I)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应
积分环节的传递函数为：
其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.2.1、图1.2.2和图1.2.3所示，于是，实验参数取R0＝100k，C＝1uF， R=10k。
3．比例积分(PI)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应
比例积分环节的传递函数为：
其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.3.1、图1.3.2和图1.3.3所示，于是，，实验参数取R0＝200k，R1＝200k，C＝1uF， R=10k。
4．比例微分(PD)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应
比例微分环节的传递函数为：
其方块图和模拟电路分别如图1－4－1、图1－4－2所示。取，则有，，实验参数取R0＝10k，R1＝10k，R2＝10k，R3＝200，C＝1uF， R=10k。
对应理想的和实际的比例微分(PD)环节的阶跃响应分别如图1.4.3 a)、图1.4.3 b)所示。
5．惯性环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应
惯性环节的传递函数为：
其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.5.1、图1.5.2和图1.5.3所示，其中，，实验参数取R0＝200k，R1＝200k，C＝1uF， R=10k。
6．比例积分微分(PID)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应
比例积分微分环节的传递函数为：
其方块图和模拟电路分别如图1.6.1、图1.6.2所示。取，则有，，，实验参数取R0＝200k，R1＝100k，R2＝10k，R3＝1k，C1＝1uF，C2＝10uF， R=10k。
对应理想的和实际的比例积分微分(PID)环节的阶跃响应分别如图1.6.3 a)、图1.6.3 b)所示。
实验二 典型系统动态性能和稳定性分析的电路模拟与数字仿真研究
一、实验目的
1．学习和掌握动态性能指标的测试方法。
2．研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。
二、实验内容
1．观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
2．观测三阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
三、实验步骤
1．熟悉实验设备，设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路；
2．利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间；
3．改变该二阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响。
4．设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路；
5．利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间；
6．改变该三阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。
7．编写并运行计算机仿真程序，完成上述两个典型系统的动态性能研究，并与模拟电路的研究结果相比较。
8．分析实验结果，完成实验报告。
四、附录
1．典型二阶系统
典型二阶系统的方块结构图如图2.1.1所示：
其开环传递函数为，
其闭环传递函数为，其中，
取二阶系统的模拟电路如图2.1.2所示：
该系统的阶跃响应如图2.1.3所示：改变元件参数大小，研究不同参数特征下的时域响应。a），b），c）分别对应二阶系统在过阻尼，临界阻尼，欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线：
2．典型三阶系统
典型三阶系统的方块结构图如图2.2.1所示：
其开环传递函数为，其中，取三
阶系统的模拟电路如图2.2.2所示：
该系统
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