LabACT自控原理试验箱及典型环节实验内容

第一章 labACT自控/计控原理实验机构成及说明

第一章 LabACT自控/计控原理实验机构成及说明

一． 主实验板的布置简图

图1-1-2 主实验板的布置简图

二．D和B实验区

第一章 labACT自控/计控原理实验机构成及说明

1．显示与功能选择模块（D1）及函数发生器（B5）

D1实验区是一个显示与功能选择模块，它主要由5位8段数码管、四个功能选择按键和16个指示灯、3个测试孔组成。D1实验区是独立于实验机的CPU控制模块，提供控制对象输出显示，並实现函数发生器（B5）的十种（可选择）波形输出切换控制和显示。

（1） 输入信号测量 上排左按键循环控制输入信号的测量，包括电压（-5V～+5V）、电压（0～+5V）、频率、温度和直流电机转速测量。每按一次按键，指示灯向右循环切换，数码管显示相应的测量信息。信号的输入口为模块中的“电压测量”和“频率测量”3个测试孔。指示灯和数码管的输出数据显示对应关系表见表1-2-1。

表1-2-1 指示灯和数码管的显示对应关系表

项目内容 （-5V～+5V）电压测量 （0～+5V）电压测量 频率测量 C3模块温度值 C2模块直流电机转速

指示灯 电压（0～+5V） 频率 温度 转速 输入测试孔 电压测量（0～+5V） 频率测量 电压测量（0～+5V） 频率测量 数据显示 X.XX XXX .X XX.X X.XXX 单位 V V Hz ℃ 千转/分 电压（-5V～+5V） 电压测量（-5V～+5V） (-)X.XX （2） 函数发生器波形输出切换控制和显示选择

下排左、右按键循环切换控制输出波形，包括矩形波、正弦波、斜坡、方波、继电特性、饱和特性、死区特性和间隙特性的切换控制。每按一次下排左按键，指示灯向左循环切换，每按一次下排右按键，指示灯向右循环切换，数码管显示相应的波形信息。

上排右按键循环切换控制输出波形，包括矩形波/正弦波和方波/正弦波同时发生。

2．函数发生器（B5） 函数发生器（B5）是各函数及波形发生的控制和输出模块，它含有十种（可选择）波形输出，有4个函数波形调节电位器、1个波形量程选择开关和各函数发生的输出口组成。各波形和函数的输出选择在（D1）模块中选择设置。各波形的切换控制和显示见表1-2-2。

表1-2-2 函数发生器取值及显示

序 号 1 波形类型 矩形波 正弦波 斜坡 方波 继电 饱和 死区 间隙 矩形/正弦波 函数发生器取值及显示 左显示及范围 电位器调节 右显示及范围 幅度（0V～6V） 频上 0.1Hz～2Hz 率 下 0.8Hz～50Hz 宽度(0.5S～10S) 幅值(0V～6V) 限幅(0V～6V) 电位器调节 矩形波调幅 设定电位器2 上 0.01S～1S 宽度 设定电位器1 下 0.1S～10S 振幅值 (0～6V) 斜率(0.4～8) 正弦波调幅 设定电位器1 2 3 4 5 6 7 8 9 ① 设定电位器1 设定电位器2 斜率(0.1～5.1) 斜率(0.1～5.1) 斜率(0.1～5.1) 设定电位器1 设定电位器1 设定电位器1 频率(2.4Hz～250Hz) 设定电位器1 死区宽度(0V～5V) 设定电位器2 间隙宽度(0V～5V) 设定电位器2 10 方波/正弦波 详见本节第⑨、⑩点说明 矩形波：下排按键选择“矩形波”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“矩形波输出”测孔输出矩形波，左边2个数码管显示矩形波正脉冲的宽度“X.X”或“XX”（秒）, 由“设定电位器1”控制

相应的正脉冲输出宽度；此外，（B5）模块中的“量程选择”开关还可控制正脉冲输出宽度量程（见表1-2-2）。右边3个数码管显示矩形波的幅度“X.XX”(伏)，由（B5）模块中的“矩形波调幅”电位器控制变化幅度。 注1：只有把函数发生器（B5）模块左下角的“S-ST” 跨接座上套上短路套后，在“矩形波输出”测

孔才有矩形波输出。

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注2：“量程选择”开关置于下档时，其零输出宽度恒保持为2秒，与正脉冲输出宽度值无关；“量程选择”开关置于上档时，其零输出宽度与正脉冲输出宽度值相等。

② 正弦波：下排按键选择“正弦波”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“正弦波输出”测孔输出正弦波，左边2个数码管显示正弦波的振幅“X.X”(V),由（B5）模块中的“正弦波调幅”电位器控制变化幅度；右边3个数码管显示正弦波的频率“X.XX”或“XX.X”（Hz），由“定电位器2”控制相应的输出频率；此外，（B5）模块中的“量程选择”开关还可控制正弦波的频率输出量程（见表1-2-2）。 ③ 斜坡：下排按键选择“斜坡”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“斜坡输出”孔输出斜坡波形。斜坡输出的幅度为4V，左边2个数码管显示斜坡信号的斜率X.X，右边3个数码管显示斜坡的信号的宽度X.XX，由（B5）模块中的“设定电位器1”控制相应的斜率。

④ 方波：下排按键选择“方波”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“方波输出”孔输出方波。数码管显示方波频率“XXX.X”（Hz），由（B5）模块中的 “设定电位器1”控制相应的输出频率，幅度为3V。 ⑤ 继电特性：下排按键选择“继电”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出继电特性；数码管显示继电特性的幅值“X.XX”（V），由（B5）模块中的 “设定电位器1”控制相应的输出幅值。 ⑥ 饱和特性：下排按键选择“饱和”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出饱和特性；左边2个数码管显示饱和特性线性区的斜率“X.X”,由（B5）模块中的“设定电位器1”设定斜率；右边3个数码管显示饱和输出的限幅值“X.XX”（V），由（B5）模块中的“设定电位器2”设定输出限幅值。

⑦ 死区特性：下排按键选择“死区”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出死区特性；左边2个数码管显示死区特性线性区的斜率“X.X”,由（B5）模块中的“设定电位器1”设定斜率；右边3个数码管显示死区宽度“X.XX”（V），由（B5）模块中的“设定电位器2”设定死区宽度。 ⑧ 间隙特性：下排按键选择“间隙”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出间隙特性；左边2个数码管显示间隙特性线性区的斜率“X.X”,由（B5）模块中的“设定电位器1”设定斜率；右边3个数码管显示间隙宽度“X.XX”（V），由（B5）模块中的“设定电位器2”设定间隙宽度。 ⑨ 矩形波/正弦波：上排右按键选择“矩形波/正弦波”，指示灯亮，（B5）模块“矩形波输出”测孔和“正弦波输出”测孔同时有输出，‘矩形波’的指示灯也亮，数码管显示矩形波的信息。若要观察正弦波的信息，再按一次上排右按键，‘正弦波’的指示灯亮，数码管显示正弦波的信息（波形的控制调节与单一波形发生控制相同）。

⑩ 方波/正弦波：上排右按键选择“方波/正弦波”，指示灯亮，（B5）模块“方波输出”测孔和“正弦波输出”测孔同时有输出，‘方波’的指示灯也亮，数码管显示方波的信息。若要观察正弦波的信息，再按一次上排右按键，“正弦波”的指示灯亮，同时，正弦波数码管显示正弦波的信息（波形的控制调节与单一波形发生控制相同）。

注1：显示与功能选择模块（D1）右上角的电位器‘RP5’用于调整该模块的基准电压（+2.40V）。

注2：函数发生器（B5）右下角的‘调零’电位器用于调整正弦波输出的基准零位。上电总清或按‘复位’键总清后，把“正弦波调幅”电位器调到最大，然后调整‘调零’电位器，使“正弦波输出”测孔输出直流电压为零，即正弦波输出的基准零位调整成功。

注3：上电总清或按“复位”键总清后，数码管显示矩形波信息,矩形波有输出2秒宽度的波形，其他波无输出。

3．手控阶跃信号发生器 （B1）

信号发生器由手控阶跃发生器（B1-1），幅度控制（B1-2）和非线性输出（B1-3）组成。 B1-2模块可以有三种状态输出：

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? K3开关拨下，K4开关拨上，在电位器的Y测孔可得到‘0～+5V’连续可调电压输出。

? K3开关拨上，K3开关也拨上，在电位器的Y测孔可得到‘-5V～+5V’连续可调电压输出。 ? K3开关拨下，K3开关也拨下，在电位器的Y测孔将得到手控连续可调‘0～+5V’阶跃信号。 非线性发生模块是利用二极管的非线性特性形成非线性输出，IN为输入测孔 ，OUT为输出测孔。 4．数模转换器（B2）

本实验机采用ADC0832作为数/模转换，可实现8bit数字输入转换为模拟量。数字0～0FFH输入，经数/模转换后OUT1测孔输出为0～+5V模拟量。经运放处理后，在OUT2测孔输出为-5V ～+5V。 5．虚拟示波器（B3）

提供两通道模拟信号输入CH1和CH2测孔，配合上位机软件的示波器窗口，可以实现波形的显示、存储，可以有效的观察实验中各点信号的波形。详见本实验指导书第二章所述。

6．采样/保持器（B4）

B4模块包含两组采样/保持器。采用LF398实现保持，输入、输出电平范围为±12V。“IN”测孔为输入端；“PU”测孔为采样控制端，高电平采样，低电平保持。单稳态电路4538完成脉冲整形，“A”测孔为输入端（0/+5V上升沿），“Q”测孔为输出端（100μS正脉冲）。 7．模数转换器（B7）

本实验机采用DAC0809作为模/数转换，可实现8bit数字输出。其中“IN4和IN5”测孔为0～+5V模拟量输入，“IN6和IN7”测孔为-5V～+5V模拟量输入。 8．定时器、中断单元（B8）

本单元提供CPU控制模块中的定时器8253的计数器1“CLK1”和“T1”测孔（GATE己短接VCC），计数器2“CLK1、T2和GATE2”测孔； 提供8259中断控制器IRQ5和IRQ6测孔为CPU控制模块的的中断输入；固定时钟（1.229MHz）脉冲输出测孔；“A和A\\”测孔分别为附加反相器（74LS14）的输入端和输出端，供用户作为逻辑信号反相用。

9．基准电压单元（B6）

本单元可提供+Vref（+5.00V）和-Vref（-5.00V）两种基准电压。可以通过调整该单元中的W9和W1电位器来调整基准电压。（在出厂时已调整好）注意：该单元的测孔不可随意插线，以免损坏基准源。 三．C实验区

1． 步进电机模块（C1）

采用74LS273（8位D触发器）的低4位输出Q1～Q4经U2003A来驱动步进电机。

由于步进电机四相长时间通电流会引起电机发热，用户在电机空闲时应注意将各相电流断开，即对74LS273（8位D触发器）的低4位送‘0’。本实验采用了35BY48步进电机。 2． 直流电机模块（C2）

把直流电压引入到电机输入测孔，就能驱动直流电机转动；直流电机测速有两种方式，电机转速的脉冲测速及电压测速输出。本实验采用了BY25 直流电机。

3． 温控模块（C3）

温控模块采用装在散热器下的热敏电阻进行测温，冷却（COOL）由74LS273输出Q6控制，Q6高电平时风扇转动进行冷却。温控模块加热有两种方式，模拟电压加热及脉宽控制加热。 ① 脉宽控制加热时：把宽度可调的脉冲加到脉冲加热测孔，（脉冲幅度＞2.5V时将加热，C3单元的‘加热’灯亮；脉冲幅度＜0.8V时停止加热，‘加热’灯灭）。

② 模拟电压加热：把0～+5V直流电压加到电压加热测孔，加热时，C3单元的‘加热’灯亮，其加热功率及灯的亮度与加到电压加热测孔的电压成正比。

四．CPU控制模块

CPU控制模块是一个单独的电路板名称为ACT88，它装在实验机主板的下面，用一个50芯插头座，与主板联接。CPU控制模块包含一个8088小系统及通讯、中断等外围接口电路。 用户可以对各寄存器、数据口地址编程操作。详见本实验指导书计控分册第八章《微机控制的二次开发》

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第二章 虚拟示波器

2.1 虚拟示波器的显示方式

（1）示波器的时域显示方式

（2）示波器的相平面显示（X-Y）方式

（3）示波器的频率特性显示方式有对数幅频特性显示、对数相频特性显示（伯德图），幅相

特性显示方式（奈奎斯特图），时域分析（弧度）显示方式。 (4) 示波器的计算机控制显示方式

2.2 虚拟示波器的使用

一．设置

用户可以根据不同的要求选择不同的示波器，具体设置方法如下： 1． 示波器的一般用法： 运行LABACT程序，选择‘工具’栏中的‘单迹示波器’项或‘双

迹示波器’项，将可直接弹出该界面。‘单迹示波器’项的频率响应要比‘双迹示波器’项高。 2． 实验使用：运行LABACT程序，选择自动控制、微机控制 、控制系统菜单下的相应实

验项目，就会弹出相应的虚拟示波器的界面，点击开始，即可使用CH1、CH2测孔观察、

测量波形，击停止后，将停止示波器运行，即可进行波形分析和相关的测量（只保存当前实验的波形）。 二．示波器的使用 1．示波器的时域显示

幅值差波形关闭 零点控制：控制波形显示的Y轴位移。 Y1时间差 电压量程：控制波形Y轴显示的放大/缩小。 Y2 图2-2-1 虚拟示波器时域显示运行界面（数字PID控制实验曲线）

波形放大/缩小 相平面显示 波形位移 示波器的时域显示是指显示器界面中X轴为时间t，Y轴为电压U。见图2-2-1为示波器的时域显示运行界面，只要点击开始，示波器就运行了，此时就可以用实验机上的（CH1）和（CH2）来采集、观察波形。CH1和 CH2各有输入范围选择开关，当输入电压小于－5v大于+5v 时应选用×1档，如果大于此电压输入范围应选用×5挡（表示输入信号衰减5倍后进入示波器）。

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该显示界面的下方有一个“显示方式”选择框，提供了示波和X-Y两种方式。当需要是时域显示方式时，应选择框内的示波方式选项（通常在弹出示波器界面时，默认为示波方式）。 （1）信号幅值测量

①信号幅值测量：在显示界面的左右各有一条滑竿标尺，用户点住滑竿标尺上、下移动到显示界面中需标定的点，此时滑竿的最右侧的黄色方块上显示的数据为当前测量点的幅值，见图2-2-1的4.34V和2.5V数据显示。在Y轴上两条滑竿之间（在显示界面的左侧）的黄色方块中显示的数据，为两个测量点的幅值差，见图2-2-1上的Δv=1.84V。

②电压量程：控制波形Y轴显示的放大/缩小。

③零点控制：控制波形显示的Y轴位移。 （2）信号时间测量

① 移动波形

在运行开始到停止。示波器可能已采样了多幅波形，因此用户首先必须点击显示界面下方的‘前一屏’或‘后一屏’来获取显示所需的画面，然后再点击中间的‘微调按钮’来调节波形至最佳测量状态。

② 压缩/扩展波形

在显示界面的下方有一个‘时间量程’选择框，在框中‘×2’表示波形压缩了2倍，‘×4’表示波形压缩了4倍，该功能适用于观察频率低、周期长的信号，例如观察时间常数大的积分信号输出；在框中‘／2’表示波形放大了2倍，‘／4’表示波形放大了4倍，该功能适用于观察频率较高的信号，例如观察微分信号输出、阶跃输出的上升时间等。

③ 信号时间的测量 当信号在显示界面处于最佳测量状态后，用户可以点住显示界面上下各一条的滑竿，左、右移动到波形需标定的点的位置，在X轴上两条滑竿之间的黄色方块中显示的数据，为两个X轴上标定点的时间差，见图2-2-1上的Δt=1.200S。 2。示波器的相平面显示（X-Y）使用

在示波器的时域显示界面下方的‘显示方式’选择框中，如用户选中‘X-Y’选项，则虚拟示波器将提供相当于真实示波器中的X-Y选项，即可实现自动控制原理实验中的‘相平面分析’实验。

实验使用：运行LABACT程序，选择‘自动控制 / 非线性系统的相平面分析’菜单下的相应实验项目，就会弹出相应的虚拟示波器界面，

在运行中，如果用户在‘显示方式’选择框中，选中‘示波’选项，示波器将转为时域显示方式。这样用户可以在同一界面上方便地看到系统的时域显示和相平面显示。可按刷新按钮进行波形更新。

3．示波器的幅频/相频/幅相特性显示使用

该方式专为第三章自动控制原理实验第3.2节〈线性控制系统的频率响应分析〉设计的。

在实验中欲观测实验结果时，应运行LabACT程序，选择自动控制 / 线性控制系统的频率响应分析-实验项目，再分别选择一阶系统或二阶系统就会弹出‘频率特性扫描点设置’表，在该表中用户可根据自己的需要填入各个扫描点（本实验机选取的频率值f，以0.1Hz为分辨率），如需在特性曲线上直接标注某个扫描点的角频率ω、幅频特性L(ω)或相频特性φ(ω)，则可在该表的扫描点上小框内点击一下（打√）。‘确认’后将弹出虚拟示波器的频率特性界面，点击开始，即可按‘频率特性扫描点设置’表规定的频率值，实现频率特性测试。

测试结束后（约十分钟），可点击界面下方的“频率特性”选择框中的任意一项进行切换，将显示被测系统的闭环对数幅频、对数相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特

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图），点击停止后，将停止示波器运行。

用户如选择了二阶系统，则虚拟示波器上先弹出闭环频率特性界面，点击开始，待实验机把闭环频率特性测试结束后，再在示波器界面左上角的红色‘开环’或‘闭环’字上双击，将在示波器界面上弹出‘开环/闭环’选择框，点击确定后，示波器界面左上角的红字，将变为‘开环’然后再在示波器界面下部‘频率特性’选择框点击（任一项），在示波器上将转为‘开环’频率特性显示界面。

在 ‘开环’频率特性界面上，亦可转为‘闭环’频率特性显示界面，方法同上。 在频率特性显示界面的左上角的红色‘开环’或‘闭环’字表示当前界面的显示状态。可进行以下各项线性控制系统的频率响应分析：

? 被测系统某个频率点的L、?、Im、Re等相关数据测量： ? 闭环系统谐振频率?r，谐振峰值L(?r)等相关数据的测量： ? 开环系统的幅值穿越频率?c、相角裕度?等相关数据的测量： 4．示波器的计算机控制显示使用

示波器的计算机控制显示方式可以在示波器显示界面上进行参数的设置和修改，该界面显示方式用于PID算法、最少拍控制、大林算法、温度控制等实验。注意：分析波形必须先停止。

1) 最少拍控制系统实验

在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的最少

拍控制系统----有纹波实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，确保实验机处于联机状态，点击开始后将自动加载相应源文件，此时可选用虚拟示波器（B3）单元的CH1、CH2测孔测量波形。

该实验显示界面的下边“计算公式”栏中有Ki、Pi ，7个控制参数，界面上方有采样周期T，点击开始后，即可使实验机按照新的控制参数运行。

2）数字PID控制实验

在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的数字PID控制实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，运行程序。

该实验显示界面的右边“PID系数”栏中有Kp、TI、TD 3个控制系数，界面上方有采样周期T，点击‘发送’后，即可使实验机按照新的控制参数运行。

3）温度闭环控制

在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT程序，选择控制系统菜单下的温度闭环控制实验项目，就会弹出温度示波器的界面。点击开始后将自动加载相应源文件，然后再点击发送键，将运行；然后设定‘温度’参数、积分量阀值和控制系数PID后，点击发送，即可实现温度闭环控制。

该实验显示界面的右边“PID系数”栏中有Kp TI、TD 3个控制系数，积分量

K|?e(j)|阀值E0点击‘发送’后，即可使实验机按照新的控制系数和设定参数运行。

j?0冷却：在运行中，改变‘温度’参数为‘1℃’后，再次点击“发送”键将启动风扇转动，进行冷却。5.虚拟示波器的截图

在虚拟示波器界面上第二排图标工具栏左起第22个（黄色问号

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的右边）加上了示波器的截图按扭，截图后需要命名保存，默认则保存到C盘AEDK目录下，格式为BMP图象文件，可以双击直接查看，方便老师学生直接将保存的图，粘贴到文档之中。

第三章 自动控制原理实验

3.1 线性系统的时域分析 3.1.1 典型环节的模拟研究

一. 实验目的

1． 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达

式 2． 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的

影响

二．实验内容及步骤

观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。

改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告

运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1)．观察比例环节的阶跃响应曲线

典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。

图3-1-1 典型比例环节模拟电路

传递函数：G(S)?UO(S)Ui(S)?KK?R1R0 ； 单位阶跃响应： U(t)?K

实验步骤：注：‘S ST’用短路套短接！

（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），作为系统的信号输入（Ui）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。 ② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。 ③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V（D1单元右显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。

（a）安置短路套 （b）测孔联线 1 模块号 A5 跨接座号 S4，S12 第一章 labACT自控/计控原理实验机构成及说明 1 2 3 信号输入（Ui） B5（OUT）→A5（H1） 示波器联接 ×1档 A5（OUTB）→B3（CH1） B5（OUT）→B3（CH2） ‘S-ST’ 2 B5 （3）运行、观察、记录：

打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V阶跃），观测A5B输出端（Uo）的实际响应曲线。示波器的截图详见虚拟示波器的使用。 实验报告要求：按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。

R0 200K 50K R1 100K 200K 100K 200K 输入Ui 4V 4V 2V 1V 比例系数K 计算值 测量值 0.5 1 2 4 2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线

典型惯性环节模拟电路如图3-1-2所示。

图3-1-2 典型惯性环节模拟电路

传递函数：G(S)?UO(S)Ui(S)?K1?TSK?R1R0T?R1C 单位阶跃响应：U0(t)?K(1?e?tT)

实验步骤：注：‘S ST’用短路套短接！

（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），作为系统的信号输入（Ui）；

该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。 ② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。

③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V（D1单元右显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及测孔联线。 （3）运行、观察、记录：

打开虚拟示波器的界面，点击开始，

按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+4V阶跃），观测A5B输出端（Uo）响应曲线，等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到输出稳态值×0.632处，得到与输出曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到输出曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。

实验报告要求：按下表改变图3-1-2所示的被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入实验报告。

R0 R1 C 输入Ui 比例系数K 计算值 测量值 惯性常数T 计算值 测量值 第一章 labACT自控/计控原理实验机构成及说明

200K 50K 200K 100K 200K 1u 2u 1u 4V 2V 1V 1 1 2 4 0.2 0.4 0.1 0.2 3)．观察积分环节的阶跃响应曲线

典型积分环节模拟电路如图3-1-3所示。

图3-1-3 典型积分环节模拟电路

传递函数：G(S)?UO(S)Ui(S)?1TSTi?R0C 单位阶跃响应：U0(t)?1Tit

实验步骤：注：‘S ST’用短路套短接！

（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的人工阶跃输出作为系统的信号输入（Ui）；该信号为零输出时，

将自动对模拟电路锁零。

① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。

② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。

（注：为了使在积分电容上积分的电荷充分放掉，锁零时间应足够大，即矩形波的零输出宽度时间足够长！ “量程选择”开关置于下档时，其零输出宽度恒保持为2秒！） ③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 1V（D1单元右显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-3安置短路套及测孔联线。

（3）运行、观察、记录：

打开虚拟示波器的界面，点击开始，观测A5B输出端（Uo）响应曲线，等待完整

波形出来后，点击停止，移动虚拟示波器横游标到0V处，再移动另一根横游标到ΔV=1V（与输入相等）处，得到与输出曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到输出曲线的交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。

实验报告要求：按下表改变图3-1-3所示的被测系统时间常数，观测结果，填入实验报告。

R0 200K 100K C 1u 2u 1u 2u 1V 输入Ui 积分常数Ti 计算值 测量值 4)．观察比例积分环节的阶跃响应曲线

典型比例积分环节模拟电路如图3-1-4所示.。

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