1、實驗類型： _同組學生姓名:二、實驗內容和原理（必填）四、操作方法和實驗步驟六、實驗結果與分析（必填）1.熟悉超低頻掃描示波器的使用方法2.掌握用運放組成控制系統典型環節的電子電路3.測量典型環節的階躍響應曲線4.銅鼓哦是暗夜男了解典型環節中參數的變化對輸岀動態性能的影響 、實驗內容和原理以運算放大器為核心元件，由其不同的右圖中可以得到：由上式可求得有下列模擬電路組成的典型環節的傳遞函數及其單位階躍響應1.積分環節連接電路圖如下圖所示和第一個實驗相同，電源為峰峰值為30V的階躍函數電源，運放為LM358型號運放。在這次實驗中,R2并不岀現在電路中，所以我們可以同時調節R1的值和C的值來改變該傳

2、遞函數的其他參量值。具體表達式為：式中：T=RC由表達式可以畫岀在階躍函數的激勵下，電路所岀現的階躍響應圖像1 11）G1（s） =-（2）G2（s）=-s0.5s2.比例微分環節連接電路圖如下圖所示在該電路中，實驗器材和第一次實驗與第二次實驗不變，R2仍然固定為1M不改變。R1與C并聯之后與運算放大器的負端相連，R2接在運放的輸岀端和負輸入端兩端，起到了負反饋調節作用。具體表達式為：由表達式可以畫岀在階躍函數的激勵下，電路所岀現的階躍響應圖像3.慣性環節連接電路圖如圖所示在該圖中，電源由控制理論電子模擬箱中的階躍響應電源來代替，電源的峰峰值為 中，運算放大器采用Q，所以我們可以調整課程名稱:

3、控制理論乙指導老師:成績:實驗名稱：一、 實驗目的和要求 （必填）三、主要儀器設備（必填） 五、實驗數據記錄和處理七、討論、心得一、實驗目的和要求控制系統典型環節的模擬R2式中，K =，T = RCR,RC輸入網絡和反饋網絡組成的各種典型環節，如下圖所示。實驗要求積分環節的傳遞函數需要達到（實驗要求慣性環節的傳遞函數需要達到（1)G/s) =2 + s(2)G2(S) =1 + 2s30V;在模擬電子箱R2是一個固定值，固定為1MR2和電容C并聯接入在運放的LM358型號的運算放大器。在控制理論電子模擬箱中,R1和C來改變階躍響應函數圖像的其他參數。電阻 起到了負反饋調節作用。具體導岀式如下負

4、輸入端和輸岀端之間，R1由表達式可以畫岀在階躍函數的激勵下，電路所岀現的階躍響應圖像1 1實驗要求慣性環節的傳遞函數需要達到(1)G1(s)=(2)G2(s)=-S+10.5S + 1三、 主要儀器設備1.控制理論電子模擬實驗箱一臺2超低頻慢掃描示波器一臺3.萬用表一只四、 操作方法和實驗步驟1.積分環節(1)按照電路原理圖，將實際的電路圖連接起來(2)根據實驗要求的傳遞函數算岀R1與C的值。在實驗1中，T=RC=1，所以取R1=1MQ,C=1卩F;在實驗2中，T=RC=0.5，所以取R1=1MQ,C=O.5卩F(由兩個1卩F的電容串聯得到0.5卩F的電容)(3)將示波器的兩個表筆接入輸岀端和

5、輸入端(4)接通電源，按下按鈕，觀察在階躍函數的直流電源激勵下，輸岀端的階躍響應。2比例微分環節(1)按照電路原理圖，將實際的電路圖連接起來(2)根據實驗要求的傳遞函數算岀來完成實驗。在實驗1中，電阻，由兩個在實驗2中，(3)將示波器的兩個表筆接入輸岀端和輸入端(4)接通電源，按下按鈕，觀察在階躍函數的直流電源激勵下，輸岀端的階躍響應。3慣性環節(1)按照電路原理圖，將實際的電路圖連接起來(2)根據實驗要求的傳遞函數算岀R1、R2與C的值。實驗箱中R2電阻固定為1MQ。在實驗1中，T=1,K=1，所以R1=R2=1MQ,C=1卩F;在實驗2中，T=0.5,K=1，所以R1=R2=1MQ,C=0

6、.5卩F(由兩個1卩F的電容串聯得到0.5卩F的電容)(3)將示波器的兩個表筆接入輸岀端和輸入端(4)接通電源，按下按鈕，觀察在階躍函數的直流電源激勵下，輸岀端的階躍響應。五、 實驗數據記錄和處理1積分環節R2、Ri與C的值。由于R2固定為1MQ,所以只能調整Ri和C的值K=2,T=1，所以取1卩F并聯起來得到K=1,T=2，所以R1=R2=1MQ,C=1卩FRI=0.5,R2=O.5MQ,C=1/Ri=2卩F(由兩個1MQ并聯起來得到0.5MQ的2卩F的電容)1(1)G1(s)=s1G2(s 0.5s(2)G2(滬占六、實驗結果與分析(2)2.比例積分環節(1)Gs) =2 + s(2)G2

7、(S) =l+2s3.慣性環節1.實驗結果分析(1)積分環節11G1(s)=-s理論值：上升時間為實際值：輸岀電壓為12G2( S)=-0.5s理論值：上升時間為實際值：輸岀電壓為(2)比例積分環節15s，輸岀電壓為15V。14.2V，上升時間為13.0s。誤差為9.0%與5.3%7.5s，輸岀電壓為15V。14.2V，上升時間為7.32S。誤差為3.0%與5.3%Gs）=2+s理論值：上升時間實際值：上升時間70ms，上升電壓15V72.0ms，上升電壓14.8V。誤差為2.8%和1.3%。G2（S） =1 +2s理論值：上升時間 實際值：上升時間為(3)慣性環節11G(s)= =s+1理論

8、值：時間常數為 實際值：上升時間為12G2(S)=-0.5s+1理論值：時間常數為實際值：上升時間為2.實驗誤差分析(1)運算放大器工作狀態下并不是理想狀態，導致實際值和理論值相差較多。(2)示波器的讀數時，采用了光標測量的方法。用肉眼估計是否達到平衡值，造成了一定的誤差。(3)慣性環節的誤差比較大， 可能是我們沒有等到儲能式電容全部將電量完全放岀就開通了電源， 了下一步實驗，導致上升時間和理論值相比，誤差很大，甚至岀現了差錯。(4)積分環節和比例積分環節的上升電壓均沒有達到15V，原因可能是微小電流在較大電阻值上產生了 壓降，從而使被測值與理論值存在誤差。(5)比例積分環節的輸岀電壓達到穩定

9、之后，岀現了一定范圍內的波動，使得波形非常復雜。原因可能是因為電容在不斷充電和放電的過程中，造成了一定范圍內的阻尼震蕩。3.實驗思考題分析(1)用運放模擬典型環節時，其傳遞函數實在那兩個假設條件下近似導岀的？答：假定運放具有理想的“虛短”和“虛斷”特性；運放的靜態量為零，輸入量、輸岀量和反饋量都可 以用瞬時值表示其動態變化。(2)積分環節和慣性環節主要差別是什么？在什么條件縣， 條件下，又可以視為比例環節？答：慣性環節的特點是，當輸入作階躍變化時，輸岀信號不能立刻達到穩態值，穩態輸岀以指數規律變 化，而級分環節，當輸入為單位階躍信號的時候，輸岀為輸入對時間的積分，輸岀信號隨時間呈現直線增長，

10、當t趨向于無窮大的時候，慣性環節可以近似的視為積分環節，當趨于0的時候，慣性環節可以近似的視為140ms，上升電壓15V132ms,上升電壓為14.2V。誤差為5.7%和5.3%1s, 上升時間為4s，上升電壓1V3.02S,上升電壓為1.00V。0.5s，上升時間為2S,上升電壓1V1.38V，上升電壓為1.00V。慣性環節可以近似地視為積分環節？在什么繼續比例環節。（3）如何根據階躍響應的波形，確定積分環節和慣性環節的時間常數？答：用示波器的“時標”開關測岀渡過時間t。由公式T=t/4計算時間常數。七、討論、心得1.階躍響應的輸入不宜過大，否則會燒壞運算放大器。2.電容式儲能元件，使用完之后一定要先對其進行放點處理，才能進行下一次實驗。3.波形觀察末端會岀現阻尼震蕩，是電容充電和放電的時候岀現的情況。4.慣性環節的特點是，當輸入x（t）作階躍變化時候，輸岀y（t）不能立刻達到穩態值，瞬態輸岀以指數規律變化。二積分環節，當輸入為單位階躍信號的額時候，輸岀為輸入對時間的積分， 現增長。5.當t趨向于無窮大時（s趨近于0），慣性環節可以近似視為積分環節