控制理论实验1典型环节的模拟电路

课程名称：控制理论 指导老师： 成绩：__________________

实验名称：典型环节的模拟电路 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

一，实验目的

1.熟悉慢扫描示波器的性能和使用方法；

2.掌握典型环节的电模拟方法及其参数测试方法；

3.测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。

二，实验内容

1，了解双线示波器的使用方法和性能；

2，画出测试电路图及典型环节的模拟电路图； 3，观察并记录G（s）（1s）2/(s1)和G（2s）1/(0.5s1)；积分环节：1/0.5s环节的动态波形，G观察并记录比例积分G1(s)1/s和G2(s)1/0.5s比例积分环节G1(S)11/s和G2(s)21/0.5s；

微分环节的动态波形。

三，实验仪器设备

1,。电子模拟实验装置一台 2.超低频慢扫描示波器一台 3.万用表一只

四，实验原理

本实验采用复合网络来模拟各种典型环节，即是设置运算放大器不同的输入网络和反馈网络来模拟各种典型环节,根据实域等效电路来求各典型环节的等效模拟电路电路。

五，实验数据记录（老师，由于实验室拍下的波形及其不清楚，所以就根据所得的数据进行仿真，用仿真波形结合实验波形，但是数据为实际测得的数据） 1，G（1s）2/(s1) 对应R3=1000K,R2=500K,C=1UF

阶跃脉冲为+1V输入时，稳定输出值为-2.0V，时间τ=1.02S 2,G（2s）1/(0.5s1):

中R3=500k，R2=500K,C=1UF

输入阶跃脉冲为+1V时，稳定输出值为-0.92V，时间常数τ=0.51s 3,积分环节G1(s)1/s

R=1M,C=1UF

积分环节，输入为+1V的阶跃脉冲，输出积分最大值为-14.48V，积分时间为14.7S

1/0.5s 4，积分环节G（s）电路

：

输入为+1V的阶跃脉冲，积分输出最大值为14.5V，积分时间7.25S

5积分比例环节G（S）11/s 电路图为：

R=500K,C=1UF

R2=R3=1M,C=1UF

输入为+1V的阶跃脉冲信号，积分起点为-1.02V积分输出的最大值为-13.5V，积分时间为12.67s 6，比例积分环节G(s)21/0.5s 电路图：

R1=500K,R2=1M,C=1UF

输入为1V的阶跃脉冲信号，积分输出起点为-2.04V，积分最大值为-14.47V，积分时间为6,.02s

7，比例积分微分环节的电路图和动态波形

电路图：

R1=R2=200k,R3=5K,C1=1

UF,C2=10UF

输入为单位阶跃脉冲，在零时刻有一个冲击响应，，然后进行积分，积分起点为-0.94V积分输出最大值为-14.37V，积分时间为2.42S

R1=R2=R3=200K,C1=1UF,C2=10UF

输入仍为单位阶跃脉冲，输出也为一个阶跃脉冲，脉冲电压为-13.6V

六，实验结果分析

1，惯性环节 G(S）2/(s1)

由于R2=2R1，所以稳定时的电压是Uin的2倍，而方向相反，所以为-2v,时间啊常数为RC=1s，测量值为1.02s，相对误差为2%。

，有UO=Uin，方向相反，测量值为-0.92V，相对G(S)1/(0.5S1),R1=R2，所以稳定时（电容为断路）

误差为8%，时间常数RC=0.5s，测量值为0.51s，相对误差为2%. 2,积分环节G(S)1/S

积分电流为1/1M=1uA,所以积分时间理论值应为15s，实际测量值，积分最大值为-14.48V，误差为0.15%，时间为14.7s，相对误差为2.0%。

积分电流为2uA,理论积分最大值为-15v,积分时间为7.5s,实际测量值为积分最大G(S)1/0.5S,R=500K，

电压13.5V，误差为10.0%,积分时间为6.95s，相对误差为7.3%

3，比例积分环节G(S)11/s

UOUin*t/R1CUin*R2/R1,所以所得的积分起点因为-1v，积分最大值应为-15v,积分时间为14S，

实际测量值为积分起点为-1.02V，相对误差为：2%；积分输出的最大值为-14.5V相对误差为：3%；积分时间为12.67s，相对误差为：9.5%

G(S)21/0.5s,R2=1M,R1=500K,C=1UF,UOUin*t/R1CUin*R2/R1,所以所得的积分起点因为-2v，积分最大值应为-15v,积分时间为6.5S，实际测量值为积分起点为-2.04V，相对误差为：0.2%；积分输出的最大值为-14.47V相对误差为：0.2%；积分时间为6.38s，相对误差为：2.46%

4比例积分微分环节

G(S)[(R2C1R3C2)/R1C11/R1C1SR2R3C2S/R1)] 将R1=R2=200K,R3=5K,C1=1UF,C2=10UF G(S)=-(1.002+5/S+0.05S) 其中有一个冲激0.05S，其次为有积分起点的比例积分函数. 将R1=R2=R3=200K,C1=1UF,C2=10UF代入得

G(S)=-(2+5/S+2S), ，所得为一个近似阶跃脉冲的输出。

七，实验心得

1，阶跃响应的输入不宜过大，否则会烧坏运算放大器。阶跃输入的电压值一般调为1V。 2，运算放大器是有源器件，所以一定要在一定的工作电压下工作。 3，电容式储能元件，使用完要再次使用时要先对其进行放电处理 4，波形观察末端会出现阻尼振荡，是电容放电的波形 八，思考题

1.运算放大器模拟各环节的传递函数是在什么情况下推导的？ 答：是在虚短的条件下推导得到的。

2，积分环节和惯性环节主要差别是什么？惯性环节在什么情况下可以近似为积分环节？在什么条件下课近似为比例环节？

答：积分环节是输出立即线性改变，惯性环节有个过渡过程。当时间常数很大的时候过渡过程就可视为线性变化，，近似为积分环节当时间常数很小即是过渡过程很短，课忽略不计。 3，如何从阶跃响应的输出波形中测出惯性环节的时间常数？

答：以零时刻为原点，当电压变为稳定值的0.63倍的时候的时间即视为时间常数