实验一 典型环节的模拟研究

自动控制原理 实验报告

实验名称：班 级：姓 名：学 号：

实验一 典型环节的模拟研究

一、实验目的

1、 学习典型环节模拟电路，通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握自动控制实验箱的使

用方法。

2、 掌握典型环节的matlab软件仿真方法。

3、 了解并掌握各典型环节的传递函数及其特性，观察和分析个典型环节的响应曲线。

二、实验内容

1、 构成个典型环节模拟电路，计算传递函数，明确各参数物理意义 2、 用Matlab软件仿真个典型环节的阶跃响应，分析其性能。

3、 在自控实验箱中搭建个典型环节的模拟电路，调节模拟电路参数，观测并记录各环节的

阶跃响应曲线，研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。 4、 将软件仿真结果与模拟电路观测的结果作比较。

三、实验步骤

1、 构成典型环节模拟电路 （1） 比例环节

传递函数为：G（s）=K=R2/R1，R1=200K, R2=100K或R2=200K （2） 积分环节

传递函数为：G（s）=1/(T*s),T=R1*C1，R1=200K，C1=1.0uF或2.0uF （3） 比例积分环节

传递函数为：G（s）=K+1/(T*s), K=R4/R3，T=R3*C1，R1=200K，C1=1.0uF或2.0uF （4） 微分环节

传递函数为：G（s）=Ts，T=R2*C1，R2=100K，C1 =0.1uF

（5） 比例微分环节

传递函数为：G（s）=K+Ts，K=R2/R1，T=R2*C1，R2=100K，C1 =0.1uF （6） 惯性环节

传递函数为：G（s）=K/(Ts+1)，K=R2/R1，T=R2*C1，C1=1.0uF或2.0uF

2、 用Matlab软件仿真实现各典型环节阶跃响应，并保存不同参数下各环节的阶跃响应曲

线；

（1）比例环节 R2=200K： g=tf(200,200); step(g)

R2=100K： g=tf(100,200); step(g)

（2）积分环节 C1=1.0uF： g=tf(1,[0.2 ,0]); step(g), axis([0 1 0 5])

C1=2.0uF： g=tf(1,[0.4,0]);

step(g), axis([0 1 0 2.5]) （3）比例积分环节 C1=1.0uF： g=tf([0.2,1],[0.2,0]); step(g), axis([0 1 0 10.5])

C1=2.0uF： g=tf([0.4,1],[0.4,0]); step(g), axis([0 1 0 5.5])

（4）微分环节

不能用step（）函数，用Simulink仿真

（5）比例加微分环节

不能用step（）函数，用Simulink仿真 R1=20K

R1=100K

（6）惯性环节 C1=1.0uF g=tf(1,[0.2,1]); step(g)

C2=2.0uF g=tf(1,[0.4,1]); step(g)

3、 在自控实验箱中搭建各环节模拟电路，观测并记录个典型环节阶跃响应曲线，调整参数，

重复进行。

四、实验结果

各典型环节软件仿真和实测的阶跃响应曲线，如下表

典型环节 软件仿真阶跃响应曲线 实测阶跃响应曲线 Step Response21.5AmplitudeK=1 10.5比例环1.5 000.20.40.60.81Time (sec) Step Response节 1System: gTime (sec): 0.38Amplitude: 0.50.5K=0.5 Amplitude0 -0.500.10.20.30.40.5Time (sec)0.60.70.80.91 Step Response54.5积C1=1.0uF 环节 Amplitude43.5分32.521.510.5000.10.20.30.40.5Time (sec)0.60.70.80.91 Step Response2.521.5C1=2.0uF Amplitude10.5000.10.20.30.40.5Time (sec)0.60.70.80.91 Step Response10987AmplitudeC1=1.0uF 比例积分环节 654321000.10.20.30.40.5Time (sec)0.60.70.80.91 Step Response5.554.543.5AmplitudeC1=2.0uF 32.521.510.5000.10.20.30.40.5Time (sec)0.60.70.80.91 微分R1=20K 环节 R1=100K C1=1.0uF 比例微 分环节 C1=2.0uF Step Response10.90.80.70.6System: gTime (sec): 0.601Amplitude: 0.95C1=1.0uF Amplitude0.50.40.30.2惯性环节 0.1000.20.40.6Time (sec)0.811.2 Step Response10.90.80.70.6System: gTime (sec): 1.2Amplitude: 0.95C1=2.0uF Amplitude0.50.40.30.20.1000.51Time (sec)1.522.5

五、误差分析

通过比较，实测曲线和理论曲线可以看出，存在误差，产生误差的原因：实验箱元件本身存在误差，测量误差，A/D转换误差

六、实验思考

1、 step（）函数不能用于求解零点多余极点的传递函数的阶跃响应，微分环节的零点多余

极点，所以不能用step（）函数；通过实验可以看出，微分环节的阶跃响应为冲激信号 2、 在T远远大于1的条件下，惯性环节可以视为积分环节；在T<<1的条件下，惯性环节

可以是为积分环节

3、 通过测阶跃响应的斜率即可得出积分环节的时间常数

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