1、1.2.1典型线性环节的研究 1实验目的 学习典型线性环节的模拟方法； 研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。 2实验预习要点 自行设计典型环节电路。 选择好必要的参数值，计算出相应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。 3实验设备 计算机、 XMN-2 自动控制原理模拟实验箱、 CAE-PCI 软件、万用表。 4实验内容 熟悉自动控制原理辅助开发系统和实验箱，完成如下内容。 比例环节 图 1-18 比例环节阶跃响应 图中，ifRRkp ，分别求取 )5.0(5 1 0,1 pfi kkRMR ； )1(,1,1 pfi kMRMR ；)2(1,5 0 0 pfi kMRkR
2、时的阶跃响应。 （ 1） Kp=0.5；输入 3.6753V，输出 1.8377V （ 2） Kp=1; 输入 3.6753V，输出 3.6753V （ 3） Kp=2；输入 3.6753V，输出 7.3506V 积分环节 图 1-19 积分环节阶跃响应 图中fii CRT ，分别求 )1(1,1 sTCMRiii ； )7.4(7.4,1 sTCMRiii ；)0.10(10,1 sTCMR iii 时的阶跃响应曲线。 （ 1） Ti=1s 2） Ti=4.7s 3） Ti=10.0s 比例积分环节 图 1-20 比例积分环节阶跃响应 图中，ffiifp CRTRRK , ，分别求取 )7.
3、4,1(7.4,1 sTkCMRR ipffi ；)10,1(10,1 sTkCMRR ipifi ；)7.4,5.0(7.4,1,2 sTkCMRMR ipifi 时的阶跃响应曲线。 1） kp=1,Ti=4.7s 2） kp=1,Ti=10s 3） kp=5,Ti=4.7s 比例微分环节 图 1-21 比例微分环节阶跃响应 图中，ifp R RRk 1 ，其中 CRTRRRRRRRRTffffd 212121 , 。分别求取)0 1 5.0,2(01.0,121 sTkCMRRRR dpfi ；)0 1 5.0,1(01.0,1,2 21 sTkCMRRRMR dpfi ；)0 7 0 5
4、.0,1(47.0,1,2 21 sTkCMRRRMR dpfi 时的阶跃响应曲线。 1） sTkdp 015.0,2 2） sTkdp 015.0,1 3） sTkdp 0705.0,1 比例微分积分环节 图 1-22 比例微分积分环节阶跃响应 图中，fiifp CCRRRRRRk 211 ， CRRCRT ffi 211 ， CRT 2 ， CRRCRRRRRRRRTffffd2112121 ，求取 MRi4 ， MRRR f 121 ，)1(0 4 7.0 pf kCC 时的阶跃响应曲线。 一阶惯性环节 图 1-23 一阶惯性环节阶跃响应 图中，ifRRk ， ff CRT ，分别求取
5、)01.0,1(01.0,1 sTkCMRR ffi ，)047.0,1(047.0,1 sTkCMRR ffi ，)47.0,2(47.0,1,5 1 0 sTkCMRkR ffi 时的阶跃响应曲线。 1） sTk 01.0,1 2） sTk 47.0,1 3） sTk 47.0,2 5思考题 设计一个能满足 e1+e2+e3=e 运算关系的实用加法器 。 一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节 ？ 在什么条件下可视为比例环节 ？ 如何设置必要的约束条件 ,使比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化 ? 1.2.2 二阶系统的阶跃响应和线性系统的稳定性研究 1实验目的 学习二阶系
6、统阶跃响应曲线的实验测试方法； 研究二阶系统的两个重要参数n,对阶跃瞬态响应指标的影响； 研究线性系统的开环比例系数 K 对稳定性的影响； 研究线性系统的时间常数 T 对稳定性的影响。 2实验预习要点 自行设计二阶系统电路。 选择好必要的参数值，计算出相应的阶跃响应数值，预测出所要观察波形的特点，与实验结果比较。 3实验设备 计算机、 XMN-2 自动控制原理模拟实验箱、 CAE-PCI 软件、万用表。 4实验内容 典型二阶系统方块图和实现电路如图 1-24 所示。 图 1-24 二阶系统 闭环传递函数如下： 2222 nnn sssRsC，Tn 1（ T 是时间常数）。 各运算放大器运算功能
7、： OP1，积分， RCTTS ,1 ； OP2，积分， RCTTS ,1 ； OP9，反相，（ -1）； OP6，反相比例， 310100, fRkk。 可以得到： 31010021211 fnRkRCT 5实验步骤 调整 31040 fR，使 4.0k ， 2.0 ，取 6100.1 R ， 47.0C ，使 T=0.47s，47.01n，加入单位阶跃扰动 )(1)( tVtr ，记录响应曲线 )(tc ，记作 1。 保持 2.0 不变，单位阶跃扰动 )(1)( tVtr 不变，取 6100.1 R ， 47.1C ，使 T=1.47s，47.1 1n，记录响应曲线 )(tc ，记作 2。
8、 保持 2.0 不变，单位阶跃扰动 )(1)( tVtr 不变，取 6100.1 R ， 0.1C ,使 T=1.0s，0.11n，记录响应曲线 )(tc ，记作 3。 保持0.11n不变，单位阶跃扰动 )(1)( tVtr 不变，取 31080 fR，使 k=0.8，4.0 ，记录响应曲线 )(tc ，记作 4。 保持0.11n不变，单位阶跃扰动 )(1)( tVtr 不变，取 310200 fR，使 k=2.0，0.1 ，记录响应曲线 )(tc ，记作 5。 要求：将曲线 1、 2、 3进行对比， 3、 4、 5 进行对比，将 3中的st%,和理论值进行比较。并讨论。 （ 1） k=0.4
9、， w=1/0.47, s=0.2 (2)C=1.47u （ 3） C=1.0u （ 4） Rf=80k （ 5） Rf=200k 6三阶系统稳定性分析 三阶系统的方框图和模拟电路如图 1-25 所示。 图 1-25 三阶系统 图中， 21K ，RWK 3 62 10100 101 ，363101iRK ， 321 KKKK ， 161 101 fCT ，262 101, fCT ，363 101 fCT 。 7实验步骤 求取系统的临界开环比例系数 KC,其中： Cf1=Cf2=Cf3=0.47u； Ri3=1M。实验求取方法： 先将电位器 WR 置于最大（ 470K）； 加入 r=0.5V
10、的阶跃扰动； 调整 WR 使系统输出 c(t)呈等幅振荡。（ t=5s/cm,y=0.5V/cm）； 保持 WR不变，断开反馈线，维持 r=0.5V的扰动，测取系统输出电压 Uc,则XUcKC 。 系统的开环比例系数 K 对稳定性的影响 适当调整 WR，观察 K 增大、减小时，系统的响应曲线； 记录当 K=0.5Kc 时的系统响应曲线（ t=5s/cm,y=100mV/cm）； 记录当 K=1.25Kc 时的系统响应曲线（ t=5s/cm,y=0.5V/cm）。 1）等幅振荡 （ 1）有反馈 （ 2）无反馈 2)K=0.5Kc 开环 闭环 3)K=1.25Kc 开环 闭环 8思考题 若模拟实验中 c（ t）的稳态值不等于阶跃输入函数 r（ t）的幅度，主要原因可能是什么？ 计算三阶系数的临界开环比例系数 Kc 及其呈现等幅振荡的自振频率 , 并将它们与实验结果比较。
