自动控制原理

实 验 指 导 书

长春工业大学人文信息学院

电子信息系 2011年9月

目 录

实验一实验二实验三

典型环节的电路模拟 ....................................2 二阶系统的瞬态响应 ....................................9 研究线性定常系统的稳态误差 ..................13

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实验一 典型环节的电路模拟

一、实验目的

1. 熟悉THBDC-1型 控制理论计算机控制技术实验平台及“THBDC-1”软件的使用；

2. 熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；

3. 测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。 二、实验设备

1. THBDC-1型 控制理论计算机控制技术实验平台；

2. PC机一台(含“THBDC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线； 三、实验内容

1. 设计并组建各典型环节的模拟电路；

2. 测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响； 四、验原理

自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。

1. 比例（P）环节

比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。 它的传递函数与方框图分别为：

U(S)G(S)?O?K

Ui(S)所示。

2. 积分（I）环节 图1-2

积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为：

当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K时的响应曲线如图1-2

G(s)?UO(S)1?Ui(S)Ts2

设Ui(S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T时的响应曲线如图1-3所示。

图1-3

3. 比例积分(PI)环节

比例积分环节的传递函数与方框图分别为：

G(s)?UO(S)R2CS?1R21R21????(1?)Ui(S)R1CSR1R1CSR1R2CS 其中T=R2C，K=R2/R1

设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T时的PI输出响应曲线。

图1-4

4. 比例微分(PD)环节

比例微分环节的传递函数与方框图分别为：

G(s)?K(1?TS)?R2(1?R1CS) 其中K?R2/R1,TD?R1C R1

设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-5示出了比例系数(K)为2、微分系数为TD

时PD的输出响应曲线。

图1-5

5. 比例积分微分(PID)环节

比例积分微分(PID)环节的传递函数与方框图分别为：

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