自动控制原理实验报告集典型环节的电路模拟与软件仿真研究.pdfVIP

验证性实验

实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究

一、实验目的

1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。

2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方

法。

二、实验内容

1．设计各种典型环节的模拟电路。

2．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。

3．利用上位机界面上的软件仿真功能，完成各典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并

与电路模拟测试的结果作比较。

三、实验步骤

1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接各种典型

环节（包括比例、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。

注意实验前必须先将实验箱断电，再接线。接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁

零的要求。在输入阶跃信号时，除比例环节运放可不锁零（G可接-15V）也可锁零外，其余

环节都需要考虑运放锁零。

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。

在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功

能。为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机

情况。仍以比例环节为例，此时将Ui连到实验箱U3单元的O1（D/A通道的输出端），将Uo

连到实验箱U3单元的I1（A/D通道的输入端），将运放的锁零G连到实验箱U3单元的G1

（与O1同步），并连好U3单元至上位机的并口通信线。接线完成，经检查无误，再给实验

箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。界面上的操作步骤如下：

①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”

选择“通道O1＃”，“采样通道X”选择“通道I1＃”，“采样通道Y”选择“不采集”。

②进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的提示（在界面

正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则

请求指导教师帮助。

③进入实验模式后，先对显示进行设置：选择“显示模式”（在主界面左上角）为“X-t”；

选择“量程”（在“显示模式”下方）为100ms/div；并在界面右方选择“显示”“系统输入

信号”和“采样通道X”。

④完成实验设置，先选择“实验类别”（在主界面右上角）为“时域”，然后点击“实验

参数设置”，在弹出的“系统测试信号设置”框内，选择“输入波形类别”为“周期阶跃信

号”，选择“输入波形占空比”为50%，选择“输入波形周期”为“1000ms”，选择“输入持

续时间”为“1000ms”，选择波形不“连续”,选择“输入波形幅值”为“1V”，将零位偏移

设为“0”。以上除必须选择“周期阶跃信号”外，其余的选择都不是唯一的。要特别注意，

除单个比例环节外，对其它环节和系统都必须考虑环节或系统的时间常数，如仍选择“输入

波形占空比”为50%，那么“输入波形周期”至少是环节或系统中最大时间常数的6～8倍。

这样，实验中才能观测到阶跃响应的整个过程。

⑤以上设置完成后，按“实验启动”启动实验，动态波形得到显示，直至“持续时间”

结束，实验也自动结束，如上述参数设置合理就可以在主界面中间得到环节的“阶跃响应”。

⑥利用“红线数值显示”功能（详见软件使用说明书）观测实验结果；改变实验箱上环

节参数，重复⑤的操作；如发现实验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复④、

⑤的操作。

⑦按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件，操作方法参阅软件使用说明书。

四、实验原理与接线电路

1．比例(P)环节的传递函数、方块图和模拟电路

U(s)

比例环节的传递函数为：0K

U(s)

i

R

其方块图和模拟电路，分别如图1.1.1、图1.1.2所示，其中K1，实验参数取R