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自动控制原理实验报告
实 验 报 告
实验名称 典型环节的时域响应
系 专业 班 姓名 学号 授课老师 预定时间 实验时间 实验台号
一、目的要求
1．熟悉并掌握TD-ACC+(或TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。
3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、原理简述
1．比例环节 (P)
(1) 方框图：
(2) 传递函数：
(3) 阶跃响应：U0(t)=K (t=0) 其中K=R1/R0
2．积分环节 (I)
(1) 方框图：
(2) 传递函数：
(3) 阶跃响应：
3．比例积分环节 (PI)
(1) 方框图：
(2) 传递函数：
(3) 阶跃响应：
4．惯性环节 (T)
(1) 方框图：
(2) 传递函数：
(3) 阶跃响应：
5．比例微分环节 (PD)
(1) 方框图：
(2) 传递函数：
(3) 阶跃响应：
6．比例积分微分环节 (PID)
(1) 方框图：
(2) 传递函数：
(3) 阶跃响应：
三、仪器设备
PC 机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。
四、线路示图
1．比例环节 (P)
2．积分环节 (I)
3．比例积分环节 (PI)
4．惯性环节 (T)
5．比例微分环节 (PD)
6．比例积分微分环节 (PID)
五、内容步骤
1. 按1.1.3 节中所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。
2. 将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s 左右。
3. 将2 中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui 端和输出U0 端，观测输出端的实际响应曲线U0(t)，记录实验波形及结果。
4. 改变几组参数，重新观测结果。
5. 用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分环节、比例微分环节、惯性环节和比例积分微分环节的模拟电路图。观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，分别记录实验波形及结果。
六、数据处理
1．比例环节 (P)
① 取R0 = 200K；R1 = 100K。
② 取R0 = 200K；R1 = 200K。
2．积分环节 (I)
① 取R0 = 200K；C = 1uF。
② 取R0 = 200K；C = 2uF。
3．比例积分环节 (PI)
① 取R0 = R1 = 200K；C = 1uF。
② 取R0=R1=200K；C=2uF。
4．惯性环节 (T)
① 取R0=R1=200K；C=1uF。
② 取R0=R1=200K；C=2uF。
5．比例微分环节 (PD)
① 取R0 = R2 = 100K，R3 = 10K，C = 1uF；R1 = 100K。
② 取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。
6．比例积分微分环节 (PID)
① 取R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 100K。
② 取R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 200K。
七、分析讨论
在忽略误差的情况下，比例环节、惯性环节的实测阶跃响应和理想阶跃响应相同。而其他四个基本环节因受到实际情况的约束实测阶跃响应和理想阶跃响应存在较大误差，如积分环节、比例积分环节的理想阶跃响应随时间应逐渐趋向于无穷大，但实际情况是逐渐趋向于一个稳定值；比例微分环节的理想阶跃响应是一个固定值，但是实际情况却是由一个较大值迅速衰减到一个固定值；比例积分微分环节的理想阶跃响应随时间逐渐趋向于无穷，但是实际情况却是由一个较大值迅速衰减，再回升到一个小于初始值的固定值。
对于比例环节的放大系数，其影响因素为R1、R0电阻的比值，其比值越大，放大系数越大；对于积分环节的时间常数，其影响因素为C、R0的乘积，其乘积越大，时间常数越大，放大系数越小；对于比例积分环节的
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