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实验一:典型环节与及其阶跃响应

一、实验目的

1、掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。

2、掌握控制系统时域性能指标的测量方法。

二、实验仪器

1、EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台

2、计算机一台

三、实验原理

控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环

节，即利用运算放大器不同的输

入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的

结构图将这些模拟环节连接起

来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统

的输入端，并利用计算机等测

量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及

性能指标。若改变系统的参数，

还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。

四、实验内容

构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应

1、比例环节的模拟电路及其传递函数

G（S）=R2/R1

2、惯性环节的模拟电路及其传递函数

GS）=−K/TS+1

K=R2/R1

T=R2C

3、积分环节的模拟电路及传递函数

GS）=1/TS

T=RC

4、微分环节的模拟电路及传递函数

GS）=−RCS

5、比例+微分环节的模拟电路及传递函数

GS）=−KTS+1）

K=R2/R1

T=R1C

五、实验结果及分析

（注：图中黄色为输入曲线、紫色为输出曲线）

1、比例环节

1）模拟电路图：

（2）响应曲线：

2、惯性环节

（1）模拟电路图：

（2）响应曲线：

（3）传递函数计算：

实验值：X1=1029ms=1.029s=4T

T=0.257s

K=Y2/1000=2.017

G(S)=-2.017/(0.257S+1)

理论值：G（S）=-2/(0.2S+1)

结论：实验值与理论值相近。

3、积分环节

（1）模拟电路图：

（2）响应曲线：

（3）传递函数计算：

实验值：5000/(2110/2/2)=9.1

G（S）=-9.1/S=-1/0.11S

理论值：G（S）=-1/0.1S

结论：实验值与理论值相近。

4、微分环节

（1）模拟电路图：

（2）响应曲线：

5、比例+微分环节

（1）模拟电路图：

（2）响应曲线：

实验二：二阶系统阶跃响应

一、实验目的

1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频率

ωn对系统动态性能的影响。定

量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调节时间tS之间

的关系。

2、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。

二、实验仪器

1、EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台

2、计算机一台

三、实验原理

控制系统模拟实验利用运算放大器不同的输入网络和

反馈网络模拟各种典型环节，然

后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到

了相应的模拟系统。再将输

信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测

量系统的输出，便可得到系统

的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一

步分析研究参数对系统性能的

影响。

四、实验内容

典型二阶系统的闭环传递函数为

w2

n

22

s2wsw

nn

其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的影响。构成

如图典型二阶系统的模拟电路，

并测量其阶跃响应。

根据二阶系统的模拟电路图，画出二阶系统结构图并写

出系统闭环传递函数。把不同ζ

和ωn条件下测量的Mp和ts值列表，根据测量结果得出

相应结论。.画出系统响应曲线，

再由ts和Mp计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传

递函数相比较。

五、实验电路

六