THKKL-1型控制理论电子模拟实验箱实验指导书浙江大焊科技实业有限公司
THKKL-1 型控制理论电子模拟实验箱 实验指导书 浙江天煌科技实业有限公司
录目实验一控制系统典型环节的模拟实验二一阶系统的时域响应及参数测定实验三二阶系统的瞬态响应分析实验四三阶系统的瞬态响应及稳定性分析实验五PID控制器的动态特性实验六控制系统的动态校正实验七频率特性的测试实验八信号的采样与恢复实验九典型非线性环节实验十非线性系统的相平面分析
目 录 实验一 控制系统典型环节的模拟 实验二 一阶系统的时域响应及参数测定 实验三 二阶系统的瞬态响应分析 实验四 三阶系统的瞬态响应及稳定性分析 实验五 PID 控制器的动态特性 实验六 控制系统的动态校正 实验七 频率特性的测试 实验八 信号的采样与恢复 实验九 典型非线性环节 实验十 非线性系统的相平面分析
实验一控制系统典型环节的模拟一、实验目的1、熟悉超低频扫描示波器的使用方法2、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子模拟电路3、测量典型环节的阶跃响应曲线4、通过本实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台2、超低频慢扫描示波器一台3、万用表一只三、实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的输入R-C网络和反馈R-C网络构成控制系统的各种典型环节。四、实验内容1、画出比例、惯性、积分、微分和振荡环节的电子模拟电路图。2、观察并记录下列典型环节的阶跃响应波形。1)Gi(S)=1 和 G2(S)=22)Gi(S)=1/S和G2(S)=1/（0.5S)3)Gi(S)=2+S 和 G2(S)=1+2S4)Gi(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1)5)G(S)=1/(S+ V2S+1)五、实验报告要求1、画出五种典型环节的实验电路图，并注明参数。2、测量并记录各种典型环节的单位阶跃响应，并注明时间坐标轴。3、分析实验结果，写出心得体会。六、实验思考题1、用运放模拟典型环节是是时，其传递函数是在哪两个假设
实验一 控制系统典型环节的模拟 一、 实验目的 1、熟悉超低频扫描示波器的使用方法 2、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子模拟电路 3、测量典型环节的阶跃响应曲线 4、通过本实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的 影响 二、 实验仪器 1、控制理论电子模拟实验箱一台 2、超低频慢扫描示波器一台 3、万用表一只 三、 实验原理 以运算放大器为核心元件，由其不同的输入 R-C 网络和 反馈 R-C 网络构成控制系统的各种典型环节 。 四、 实验内容 1、画出比例、惯性、积分、微分和振荡环节的电子模拟电 路图。 2、观察并记录下列典型环节的阶跃响应波形。 1) G1(S)=1 和 G2(S)=2 2) G1(S)=1/S 和 G2(S)=1/（0.5S） 3) G1(S)=2+S 和 G2(S)=1+2S 4) G1(S)=1/(S+1)和 G2(S)=1/(0.5S+1) 5) G(S)=1/(S+ √ 2 S+1) 五、 实验报告要求 1、画出五种典型环节的实验电路图，并注明参数。 2、测量并记录各种典型环节的单位阶跃响应，并注明时间 坐标轴。 3、分析实验结果，写出心得体会。 六、 实验思考题 1、用运放模拟典型环节是是时，其传递函数是在哪两个假设
条件下近似导出的？2、积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下惯性环节可以近似地视为积分环节?在什么条件下，又可以视为比例环节?3、如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数。实验二一阶系统的时域响应及参数测定一、实验目的1、观察一阶系统在阶跃和斜坡输入信号作用下的瞬态响应。2、根据一阶系统的阶跃响应曲线确定一阶系统的时间常数。二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台。2、双踪低频慢扫描示波器一台。3、万用表一只。三、实验原理图2-1为一阶系统的方框C(s)R(s)1图。它的闭环传递函数为TS1C (s)R(s)=TS+1令r（t）=l，即R（s）=1/S,则其输出为图 2-1111SC(s)=S(TS+1)=S+1/T对上式取拉氏变换，得tTC (t) =l- e它的阶跃响应曲线如图2-2所示。当t=T时，C（T）=l-e71=0.632。这表示当C（t）上升到稳定值的63.2%时对应的时间就是一阶系统的时间常数T。根据这个原理，由图2-2可测得一阶系统的时间常数T
条件下近似导出的？ 2、积分环节和惯性环节主要差别是什么?在什么条件下,惯性 环节可以近似地视为积分环节?在什么条件下，又可以视为比例环 节？ 3、如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时 间常数。 实验二 一阶系统的时域响应及参数测定 一、实验目的 1、观察一阶系统在阶跃和斜坡输入信号作用下的瞬态响应。 2、根据一阶系统的阶跃响应曲线确定一阶系统的时间常数。 二、实验仪器 1、控制理论电子模拟实验箱一台。 2、双踪低频慢扫描示波器一台。 3、万用表一只。 三、实验原理 图 2-1 为一阶系统的方框 图。它的闭环传递函数为 C（s） 1 R（s） = T S +1 令 r（t）=1，即 R（s）=1/S， 则其输出为 图 2-1 1 1 1 C（s）= S （TS+1） = S S+1/T 对上式取拉氏变换，得 t C（t）=1 - e T 它的阶跃响应曲线如图 2-2 所示。当 t = T 时，C（T）=1 –e ¹=0.632。 这表示当 C（t）上升到稳定值的 63.2%时,对应的时间就是一阶系 统的时间常数 T。根据这个原理，由图 2-2 可测得一阶系统的时 间常数 T
当r(t)=t,即R（s）=1/S2，系统的输出为1T1TC(s)=S2（TS+1)=S2- S+ S+1/Tt即C(t)=t-T(1-eT)t由于e(t）=r（t）=T（1-eT)，所以当t→时，e（)=ess=T。这表明一阶系统能跟踪斜坡信号输入，但有稳态误差C<t>^10.632Ot存在。其误差的大小为系统的时间常数T。图2-2四、实验内容1、根据图2-1所示的系统，设计相应的模拟实验线路图。2、当r（t）=1V时，观察并记录一阶系统的时间常数T为1S和0.1S时的瞬态响应曲线并标注时间坐标轴。3、当r（t）=t时，观察并记录一阶系统时间常数T为1s和0.1S时的响应曲线。五、实验报告1、根据实验，画出一阶系统的时间常数T=1S时的单位阶跃响应曲线，并由实测的曲线求得时间常数T。2、观察并记录一阶系统的斜坡响应曲线，并由图确定跟踪误差ess，这一误差值与由终值定理求得的值是否相等？分析产生误差的原因。六、实验思考题1、一阶系统为什么对阶跃输入的稳态误差为零，而对单位斜坡输入的稳态误差为T？
当 r（t）=t， 即 R（s）=1/S²，系统的输出为 1 1 T T C（s）= S²（TS+1） = S² - S + S+1/T t 即 C（t）= t – T（1 – e T ） t 由于 e（t）= r（t）= T（1 – e T ），所以当 t →∞ 时，e（∞） =ess=T。 这表明一阶系统能跟踪斜坡信号输入，但有稳态误差 存在。其误差的大小为系统的时间常数 T。 图 2-2 四、实验内容 1、根据图 2-1 所示的系统，设计相应的模拟实验线路图。 2、当 r（t）=1V 时，观察并记录一阶系统的时间常数 T 为 1S 和 0.1S 时的瞬态响应曲线,并标注时间坐标轴。 3、当 r（t）=t 时，观察并记录一阶系统时间常数 T 为 1S 和 0.1S 时的响应曲线。 五、实验报告 1、根据实验，画出一阶系统的时间常数 T=1S 时的单位阶跃 响应曲线，并由实测的曲线求得时间常数 T。 2、观察并记录一阶系统的斜坡响应曲线，并由图确定跟踪误 差 ess，这一误差值与由终值定理求得的值是否相等？分析产生 误差的原因。 六、实验思考题 1、一阶系统为什么对阶跃输入的稳态误差为零，而对单位斜 坡输入的稳态误差为 T？