1、學 生 實 驗 報 告（理工類）課程名稱： 自動控制原理 專業班級： 14電氣（2） 學生學號： 學生姓名： 所屬院部： 機電工程學院 指導教師： 吳洪兵 20 15 20 16 學年 第 二 學期 金陵科技學院教務處制實驗項目名稱：典型環節的電路模擬與軟件仿真實驗學時： 2 同組學生姓名： 實驗地點： PAC電氣控制實驗室 實驗日期： 2016年5月26日 實驗成績： 批改教師： 吳洪兵 批改時間： 一、實驗目的和要求1熟悉典型環節的電路模擬；2熟悉MATLAB中的simulink仿真。二、實驗儀器和設備計算機一臺三、實驗過程（1）比例環節（又叫放大環節） 定義:具有比例運算關系的元部件稱為

2、比例環節。特點:輸出量按一定比例復現輸入量，無滯后、失真現象。運動方程: c(t)=K r(t) K放大系數傳遞函數： 放大電路其它一些比例環節：（2）慣性環節 (又叫非周期環節) 定義:慣性環節的微分方程是一階的,且輸出響應需要一定的時間才能達到穩態值，故稱為一階慣性環節。特點：此環節中含有一個獨立的儲能元件，以致對突變的輸入來說，輸出不能立即復現，存在時間上的延遲。運動方程為： 傳遞函數： T 慣性環節時間常數 RC電路 其它一些慣性環節（3）積分環節 定義:符合積分運算關系的環節稱為積分環節。特點：動態過程中，輸出量的變化速度和輸入量成正比。運動方程: 傳遞函數： 其中，T為積分環節的時

3、間常數,表示積分的快慢程度。積分電路（4）微分環節 定義:符合微分運算關系的環節稱為微分環節。特點：動態過程中，輸出量正比于輸入量的變化速度。運動方程為： 其中，-微分環節的時間常數，表示微分速率的大小。傳遞函數： 微分運算放大器 測速發電機其它微分環節（5）振蕩環節 特點：振蕩環節是由二階微分方程描述的系統。包含兩個獨立的儲能元件，當輸入量發生變化時，兩個儲能元件的能量進行交換，使輸出帶有振蕩的性質。運動方程為：傳遞函數： 其中， 是阻尼比，是無阻尼自然振蕩頻率 R-L-C電路（6）延遲環節 傳遞函數：對于延遲時間很小的延遲環節，常把它展開成泰勒級數，并略去高次項，得：所以，延遲環節在一定條

4、件下可近似為慣性環節 四、實驗結果與分析（1）比例環節傳遞函數： Simulink比例環節仿真圖 比例環節單位階躍響應曲線關于比例環節的分析： 比例環節的輸入量與輸出量成正比，不失真也不延滯，所以比例環節又稱為放大環節或無慣性環節。無彈性變形的杠桿、電位器、不計飽和的電子放大器、測速發電機（輸出為電壓、輸入為轉速時）等都可認為是比例環節。（2）慣性環節傳遞函數： Simulink慣性環節仿真圖慣性環節單位階躍響應曲線關于慣性環節的分析： 當慣性環節的輸入量為單位階躍函數時，該環節的輸出量將按指數曲線上升，在經過3個T時，響應曲線達到穩態值得95%，或經過4個T時，響應曲線達到穩態值的98%，即

5、輸出響應具有慣性，時間常數T越大慣性越大。RC電路、RL電路、直流電動機電樞電路（當電樞電感可忽略不計時）都可看做慣性環節。（3）積分環節傳遞函數： Simulink積分環節仿真圖 積分環節單位階躍響應曲線關于積分環節的分析：當積分環節的輸入信號為單位階躍函數時，則輸出為，它隨著時間直線增長。響應的增長速度由決定，即T越小，上升越快。當輸入突然除去時，積分停止，輸出維持不變，故有記憶功能。對于理想的積分環節，只要有輸入信號存在，不管多大，輸出總要不斷上升，直至無限。當然，對于實際部件，由于能量有限、飽和限制等，輸出是不可能達到無限的。（4）微分環節傳遞函數： Simulink微分環節仿真圖微分

6、環節單位階躍響應曲線關于微分環節的分析： ，式中，為時間微分常數。越小，響應曲線越陡峭。當<<1時，可近似為理想微分環節。 理想微分環節的輸出量與輸入量的一階導數成正比。輸入是單位階躍函數，則理想微分環節的輸出，其中是單位脈沖函數。由于微分環節預示輸入信號的變化趨勢，所以常用來改善控制系統的動態性能。（5）振蕩環節傳遞函數： 在此仿真中，先取相同，取不同的，觀察其振蕩環節的單位階躍響應情況。再取相同的，觀察不同大小下的單位階躍響應情況。 阻尼比分別取為0、0.1、0.5、1、1.5、2.0，皆為10Simulink保持不變的振蕩環節仿真圖 振蕩環節保持不變的單位階躍響應曲線 無阻尼自然振蕩頻率分別取10、20、40，取=0.1。Simulink保持不變的振蕩環節仿真圖振蕩環節保持不變的單位階躍響應曲線關于振蕩環節的分析：由圖知在一定值下，欠阻尼系統比臨界阻尼系統更快地達到穩態值。與值在一定范圍內的欠阻尼系統相比，過阻尼系統反應遲鈍，動作很緩慢，所以一般的控制系統大都設計成欠阻尼系統。此外，對于相同而不同的二階系統，由于具有相同的振蕩模式和過調，其相對穩定程度相同。（6）延滯環節傳遞函數：Simulink延滯環節仿真圖延滯環節單位階躍響應曲線關于延滯環節的分析