控制实验报告一典型电路环节的电路模拟与软件仿真研究

实验一：典型电路环节的电路模拟与软件仿真研究

一、 实验目的

熟悉各环节的传递函数与其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。 二、 实验内容

1. 设计个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. 在上位机界面上，填入各个环节的实际传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件特性仿真研究，并与

电路模拟研究的结果作比较。

三、 实验过程及分析

1． 比例环节的阶跃响应

比例环节的传递函数为：

实验现象：

U0(s)

K=R2/R1（实验时K=2） Ui(s)

说明：黄色为输出信号，绿色为输入。可知传递函数=K=2 改变两电阻的比值，增益变化

2． 积分环节的阶跃响应

典型积分环节模拟电路如图所示，积分环节的传递函数为：理想传递函数曲线如图：

U0(s)1

Ui(s)TS

实验现象：

说明：实验数据是在C=1uF时取得。可知传递函数曲线是一条以1/T为斜率的曲线。当C=2uF时，周期变大，斜率下降。

3． 比例积分环节的阶跃响应

U0(s)1

K

Ui(s)TS

理想传递函数曲线：

实验现象：

实验说明：实验数据在C=1uF下取得，此时的K=1.所以实验图像是一条起点在（0,1），斜率为1/T的直线。后面由于超过软件表示的最大值，变成直线。 4． 比例微分环节的阶跃响应

U0(s)

K(1

TS) Ui(s)

（a） 典型比例微分环节模拟电路

（b） 典型比例微分环节模拟电路

理想传递函数曲线：

实验现象：

R3=10K时见上图

R3=200欧姆

实验说明：系统的实际传递函数在t=0附近，即s趋向无穷大时。满足下列情况:

U0/Ui=（R1R2+R2R3+R3R1）/R0R3可知在R1，R2确定时，R3越小，传递函数越大。在零点附近会有较大的阶跃，以至于在显示屏上无法显示。因此当放大倍数变小后实验现象更明显。才有了上图所说的两种结果。

5． 惯性环节的阶跃响应

U0(s)K

Ui(s)TS 1

理想传递函数曲线：

实验现象：

实验说明：由于传递函数是一个反比例函数，最终无限趋近于K。本次实验的K由于电阻阻值的变化，K达到了1.5左右。

6． 比例积分微分环节的阶跃响应

U0(S)1

Kp TdS

Ui(S)TiS

实验现象：

实验说明：根据实验函数k=（R1+R2）/R0 T=R0C Td=R1R2/R0R3

实验现象的前半段较长说明R0C大于预设值，导致前半段1/Ts作用不明显。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0uk4.html