matlab典型环节及其阶跃响应

典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1. 掌握控制系统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。

3. 加深典型环节的概念在系统建模、分析、研究中作用的认识。 4. 加深对模拟电路——传递函数——响应曲线的联系和理解。 二、实验仪器

1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理

1．模拟实验的基本原理

根据数学模型的相似原理，我们应用电子元件模拟工程系统中的典型环节，然后加入典型测试信号，测试环节的输出响应。反之，从实测的输出响应也可以求得未知环节的传递函数及其各个参数。

模拟典型环节传递函数的方法有两种：第一种方法，利用模拟装置中的运算部件，采用逐项积分法，进行适当的组合，构成典型环节传递函数模拟结构图；第二种方法将运算放大器与不同的输入网络、反馈网络组合，构成传递函数模拟线路图，这种方法可以称为复合网络法。本节介绍第二种方法。

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构成相应的模拟系统。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，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

自动控制原理实验

典型环节及其阶跃相应

.1 实验目的

1. 学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。

2. 学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。

3. 学习用Multisim、MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。

.2 实验原理

典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强调典型环节的数学模型是对各种物理系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的是，在一定条件下， 典型模型的确定能在一定程度上忠实地描述那些元、部件物理过程的本质特征。

1.模拟典型环节是将运算放大器视为满足以下条件的理想放大器： (1) 输入阻抗为∞。流入运算放大器的电流为零，同时输出阻抗为零； (2) 电压增益为∞： (3) 通频带为∞：

(4) 输入与输出之间呈线性特性： 2.实际模拟典型环节：

(1) 实际运算放大器输出幅值受其电源限制是非线性的，实际运算放大器是有惯性的。 (2) 对比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和振荡环节，只要控制了输入量的大小或是输入量施加的时间的长短(对于积分或比例积分环节)，不使其输出工作在工作期间内达到饱和值，则非线性因素对上述环节特

典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1. 掌握控制系统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。

3. 加深典型环节的概念在系统建模、分析、研究中作用的认识。 4. 加深对模拟电路——传递函数——响应曲线的联系和理解。 二、实验仪器

1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理

1．模拟实验的基本原理

根据数学模型的相似原理，我们应用电子元件模拟工程系统中的典型环节，然后加入典型测试信号，测试环节的输出响应。反之，从实测的输出响应也可以求得未知环节的传递函数及其各个参数。

模拟典型环节传递函数的方法有两种：第一种方法，利用模拟装置中的运算部件，采用逐项积分法，进行适当的组合，构成典型环节传递函数模拟结构图；第二种方法将运算放大器与不同的输入网络、反馈网络组合，构成传递函数模拟线路图，这种方法可以称为复合网络法。本节介绍第二种方法。

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构成相应的模拟系统。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，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

实验一 典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1. 掌握控制系统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。

3. 加深典型环节的概念在系统建模、分析、研究中作用的认识。 4. 加深对模拟电路——传递函数——响应曲线的联系和理解。 二、实验仪器

1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理

1．模拟实验的基本原理

根据数学模型的相似原理，我们应用电子元件模拟工程系统中的典型环节，然后加入典型测试信号，测试环节的输出响应。反之，从实测的输出响应也可以求得未知环节的传递函数及其各个参数。

模拟典型环节传递函数的方法有两种：第一种方法，利用模拟装置中的运算部件，采用逐项积分法，进行适当的组合，构成典型环节传递函数模拟结构图；第二种方法将运算放大器与不同的输入网络、反馈网络组合，构成传递函数模拟线路图，这种方法可以称为复合网络法。本节介绍第二种方法。

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构成相应的模拟系统。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，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

自动控制原理实验分析报告

姓名： 学号： 班级：

一、典型一阶系统的模拟实验： 1. 比例环节（P) 阶跃相应曲线。 传递函数：G(S)=-R2/R1=K 说明：K为比例系数

（1）R1=100KΩ，R2=100KΩ；特征参数实际值：K=-1.

（2）（2）R1=100KΩ，R2=200KΩ；即K=-2.

〖分析〗：经软件仿真，比例环节中的输出为常数比例增益K；比例环节的特性参数也为K，表征比例环节的输出量能够无失真、无滞后地按比例复现输入量。 2、惯性环节（T) 阶跃相应曲线及其分析。 传递函数：G(S)=-K/(TS+l) K=R2/R1 , T=R2C 说明：特征参数为比例增益K和惯性时间常数T。

（1）、R2=R1=100KΩ , C=1μF；特征参数实际值：K=-1，T=0.1。

（2）、R2=R1=100KΩ , C=0.1μF；特征参数实际值：K=-1，T=0.01。

〖分析〗：惯性环节的阶跃相应是非周期的指数函数，当t=T时，输出量为0.632K，当t=3～4T时，输出量才接近稳态值。比例增益K表征环节输出的放大能力，惯性时间常数T表征环节惯性

自动控制原理实验分析报告

姓名： 学号： 班级：

一、典型一阶系统的模拟实验： 1. 比例环节（P) 阶跃相应曲线。 传递函数：G(S)=-R2/R1=K 说明：K为比例系数

（1）R1=100KΩ，R2=100KΩ；特征参数实际值：K=-1.

（2）（2）R1=100KΩ，R2=200KΩ；即K=-2.

〖分析〗：经软件仿真，比例环节中的输出为常数比例增益K；比例环节的特性参数也为K，表征比例环节的输出量能够无失真、无滞后地按比例复现输入量。 2、惯性环节（T) 阶跃相应曲线及其分析。 传递函数：G(S)=-K/(TS+l) K=R2/R1 , T=R2C 说明：特征参数为比例增益K和惯性时间常数T。

（1）、R2=R1=100KΩ , C=1μF；特征参数实际值：K=-1，T=0.1。

（2）、R2=R1=100KΩ , C=0.1μF；特征参数实际值：K=-1，T=0.01。

〖分析〗：惯性环节的阶跃相应是非周期的指数函数，当t=T时，输出量为0.632K，当t=3～4T时，输出量才接近稳态值。比例增益K表征环节输出的放大能力，惯性时间常数T表征环节惯性

14阶跃响应冲激响应

第6章 一阶电路和二阶电路First-order Circuits and Second-order Circuits

6.9 一阶电路的阶跃响应 6.10 一阶电路的冲激响应 6.12 二阶电路的零输入响应

14阶跃响应冲激响应

6.9

一阶电路的阶跃响应

6.9

一阶电路的阶跃响应

Step Response of the First-order Circuit 通过前面的学习，我们知道直流一阶电路中的各种开 关，可以起到将直流电压源和电流源接入电路或脱离电路 的作用，这种作用可以描述为分段恒定信号对电路的激励。 随着电路规模的增大和计算工作量增加，有必要引入 阶跃函数来描述这些物理现象，以便更好地建立电路的物 理模型和数学模型，也有利于用计算机分析和设计电路。

14阶跃响应冲激响应

6.9

一阶电路的阶跃响应

6.9

一阶电路的阶跃响应

Step Response of the First-order Circuit 一、 单位阶跃函数

1. 定义

2. 作用

二、 单位阶跃响应 三、延时单位阶跃函数 1. 定义 2. 作用

四、 延时单位阶跃响应 五、任意阶跃函数作用下的一阶电路的全响应

14阶跃响应冲激响应

6.9

一阶电路的阶跃响应

一、阶跃函数 (

电子科技大学中山学院学生实验报告

学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：自动控制原理实验 班级： 姓名： 学号： 组别： 实验名称：典型环节的时域响应 实验时间： 成绩： 教师签名： 批改时间： 一、实验目的 1．熟悉并掌握TD-ACC+(或TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。 2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异分析原因。 3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验设备 PC机一台，TD-ACC（或TD-ACS）实验系统一套 三、实验原理及内容 以运算放大器为核心，由其不同的输入R-C网络和反馈R-C网络构成控制系统的各种典型环节，用数字存储示波器测量各环节的阶跃响应曲线。下面为各环节模拟电路图。 1.比例环节(P)传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K 2.积分环节(I)传递函数：Uo(s)/Ui(s)=1/TS 3.比例积分环节(PI) 传递函数：Uo(s)/Ui(s)=K+1/TS 电子科技大学中山学院学生

实验报告

时域抽样与频域抽样

一、实验目的

加深理解连续时间信号离散过程中的数学概念和物理概念，掌握时域抽样定理的基本内容。掌握有抽样序列抽样原序列信号的基本原理与实现方法，理解其工程概念。加深理解频域离散化过程中的数学概念和物理概念，掌握频域抽样定理的基本内容。

二、实验原理

离散系统在处理信号时，信号必须是离散序列。因此，再利用计算机等离散系统分析处理连续信号时必须对信号进行离散化处理。是与抽样定理给出了连续信号抽样过程中不失真的约束条件：对于基带信号，信号的抽样频率大于等于2倍的信号最高频率。信号的重建是信号抽样的逆过程。 非周期信号的离散信号的频谱是连续谱。 1、信号的时域抽样与重建， 2、信号的频域抽样

三、实验内容

1、为了观察连续信号时域抽样时抽样频率对抽样过程的影响，在【0,1】区间上以50hz的抽样频率对以下三个信号进行抽样，试画出抽样后的序列波形，并分析产生不同波形的原因，提出改进措施。

（1） x1(t)=cos(2pi*10t) （2） x2(t)=cos(2pi*50t)

（3）

x3(t)=cos(2pi*100t)

(1)t0=0:0.001:0.1; x0=cos(2*pi*10*t0); plot(t0,x

实验六① 典型环节的MATLAB仿真

实验内容

1.按下列各典型环节的传递函数,建立相应的SIMULINK仿真模型,观察并记录其单位阶跃响应波形.

① 比例环节G1(s) 1 SIMULINK仿真模型:

单位阶跃响应波形

:

② 惯性环节G1(s)

1s 1

SIMULINK仿真模型:

单位阶跃响应波形

:

③ 积分环节G1(s)

SIMULINK仿真模型

:

单位阶跃响应波形:

④ 微分环节G1(s) s SIMULINK仿真模型:

单位阶跃响应波形

:

⑤ 比例+微分环节(PD)G1(s) s 2 SIMULINK仿真模型:

单位阶跃响应波形

:

⑥ 比例+积分环节(PI)G1(s) 1

SIMULINK仿真模型

:

单位阶跃响应波形:

2.观察G(s)

T=1时

:

1

,随着Ts 1

T的变化输出波形的变化

T=2时

:

T=5时:

T=50时

:

结论:随着T的增大,输出波形的变化会越来越慢.

实验六② 典型系统的时域响应和稳定性分析

1.实验目的

(1)研究二阶系统的特征参数（ ， n）对过渡过程的影响。

(2)研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线和系统的稳定性。 (3)熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。

2.实验原理及内容

(1)典型的二阶系统稳定性分析(取T0=1,