典型环节的电路模拟与软件仿真研究实验报告.doc

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实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究

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。

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．在MATLAB软件上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。

实验步骤

1．熟悉实验装置，利用实验装置上的模拟电路单元，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。接线时要注意：先断电，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。（U3单元的O1接被测对象的输入、G接G1、U3单元的I1接被测对象的输出）。

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．分析实验结果，完成实验报告。

操作及实验说明

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：

在进行实验连线之前，先将U9单元输入端的100K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R0的总值为100K;

U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R的总值为10K;

实验接线如下图：

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：

在进行实验连线之前，先将U9单元输入端的100K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R0的总值为100K;

U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R的总值为10K。

实验接线如下图：

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：

在进行实验连线之前，先将U9单元输入端的100K可调电阻顺时针旋转到底（即调至最大），使输入电阻R0的总值为200K;

U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R的总值为10。

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：

实际PD环节的传递函数为：

在进行实验连线之前，先将U10单元输入端的10K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R0的总阻值为10K;其中，R2、C1和R3在U10单元模块上。

R1采用元件库U4单元上的10K电阻。

U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R的总值为10K;

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：

在进行实验连线之前，先将U13单元输入端的100K可调电阻顺时针旋转到底（即调至最大），使输入电阻R0的总阻值为200K;其中，R1、C1在U13单元模块上。

U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R的总值为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：

实际PID环节的传递函数为：

（供软件仿真参考）

在进行实验连线之前，先将U14单元输入端的100K可调电阻顺时针旋转到底（即调至最大），使输入电阻R0的总阻值为200K;其中，R1、R2、R3、C1、C2均在U14单元模块上。

U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R的总值为10K;

实验波形

实验接线图

实验结果图

典型环节

单位阶跃响应

比例环节

积分环节

比例积分环节

比例微分环节

惯性环节

比例积分微分环节

实验心得

通过电路的仿真模拟和计算机波形的输出，我熟悉了各种环节的输出波形。平时多在理论课上学习了各种典型环节的传递函数和相应的阶跃响应波形，今天通过实验的验证，印证了课本上的知识的正确性，让我们对我们电路里面的各种典型环节有了更进一步深的理解。这些典型环节在我们身边的应用有许多，通过实验课加深掌握这些典型环节，对于以后的专业课的学习肯定大有裨益。