第三章自动控制原理实验3.1线性系统的时域分析3.1.1典型环节的模拟研究.实验目的1. 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2. 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.典型环节的结构图及传递函数三.实验内容及步骤观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。
改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
具体用法参见用户手册中的示波器部分。
——0dtnn 传递函数:模块号跨接座号1A5S4, S122B5‘ S-ST' 1信号输入（Ui）B5 (OUT T A5 ( H1)2示波器联接A6 (OUT T B3 ( CH1)3X 1档B5 (OUT T B3 (CH2)+4V 阶1）.观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路单位阶跃响应：U（t）=KR o实验步骤：注：‘ S ST'用短路套短接!（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT,作为系统的信号输入（Ui）; 该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
①在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中’矩形波’（矩形波指示灯亮）。
②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度〉1秒（D1单元左显示）。
③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=4V （D1单元右显示）（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。
跃）,观测A5B输出端（Uo）的实际响应曲线Uo （t ）见图3-1-2。
示波器的截图详见虚拟示波器的使用。
实验报告要求：按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。
R0 R1 输入Ui比例系数K计算值测量值200K100K 4V 0.5 0.51200K 4V 1 1.02 同期住矩爪谀信号B5 OUT 一?C0K（a）安置短路套（3）运行、观察、记录:打开虚拟示波器的界面，点击（b）测孔联线开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮Lw a n y-^I --f+l >定前s j u一r-J I J aun s D U西韓LLR0H200KR1H100KCH4VImclm^^:M ^:^S .I 2L ZFll"n±=10lnw i Ilkt n* L t「fB i -1? 1:1.1R0H200KR1H200KCH4Vword滩>R0=50K, R1 = 100K ,Ui=2v R0=50K, R1=200K ,Ui=1v 去弹层期1=i"0^=743去程医期I=|z *^<i=-10ns-STny「誰疑制---------- CAL LMZ 「於踵時性r '7■■ rfsSH rssm后一屛10K7GH 】 ——OOUTB图 3-1-4典型惯性环节模拟电路R lT = R i CR o单位阶跃响应：2） •观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。
传递函数：G （S ），。
⑻_ K_U i （S ） —1 +TS tU o （t ）二 K （1 —e 〒）实验步骤：注：‘ S ST '用短路套短接!（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（ OUT ,作为系统的信号输入（Ui ）； 该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中’矩形波’（矩形波指示灯亮）。
② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器 1”，使之矩形波宽度〉1秒（D1单元左显示）。
③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=4V （D1单元右显示）。
（2）构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套（）测孔联线（3）运行、观察、记录：打开虚拟示波器的界面，点击 开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0~ +4V 阶跃），等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到输出稳态值X 0.632处，，得到与输出曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到输出曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数 T 。
A5B 输出端响应曲线 Uo （t ）见图3-1-3。
示波器的截图详见 虚拟示波器的使用。
实验报告要求：按下表改变图3-1-4所示的被测系统时间常数及比例系数， 观测结果，填入 实。
in K即OUTU d O ------- UH2 20JK160ihs/BQV-5Vov2d电压吐「零直徑制-----匚用二1上「时伯星程---------------- IlliA /Z xl [2 M—Ir 碣鈕梓畔广？日頓挣灶 r1 gtWF卜 启一屛d1R0=200K, R1=200K ,Ui=4v, C=1uIGO MI /格♦R0=200K, R1=200K ,Ui=4v, C=2u茉祥AJ 朋 T ： — *5ntp=XiiEat-o^ius1,523V160ihs/B-bV 电压A「害点理制-CH1 二|* *1「时侗垦程 ---------------11v 1 1-------- 1 广P5锁辟*生-竺乔万式-1卜 启一薛 刷新臨二tt*zJ/4 /2 xl i2 M£电压吐 星程三「零直徑制 ----------匚用二| 上J te®创 匕「时伯星程 ---------------- IlliA /Z xl [2 M—Ir 谣鬥棒畔 r F日蛾粽灶M = * J 1" 1 1 31 1Ir1 gtWF卜 启一屛d4IR0=50K , R1 = 100K ,Ui=2v, C=1u♦R0=50K , R1=200K ,Ui=1v, C=1u茉祥AJ 朋 T ： — *5ntp=XiiEfit-0.20OU O (S)1传递函数：G （S ） 0T iU i （S ） TS实验步骤：注：‘ S ST '用短路套短接！（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（ 号发生器（B1）中的人工阶跃输出作为系统的信号输入（ 自动对模拟电路锁零。
二 R o C单位阶跃响应:U °(t)B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ，代替信Ui ）；该信号为零输出时，将模块号跨接座号1A5 S4, S102 B5‘ S-ST '（3）运行、1 信号输入（Ui ） B5 (OUT T A5 ( H1) 2示波器联接A5B (OUTB T B3 (CH1 3X 1档B5 (OUT T B3 ( CH23）.观察积分环节的阶跃响应曲线典型积分环节模拟电路如图3-1-5所示。
图 3-1-5① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中’矩形波’（矩形波指示灯亮）。
② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器 1 ”，使之矩形波宽度〉1秒（D1单元左 显示）。
③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=1V （D1单元右显示）（2）构造模拟电路：按图3-1-5安置短路套及测孔联线，表如下。
观察、记录:打开虚拟示波器的界面，点击 开始，等待完整波形出来后，点击 停止,移动虚拟 示波器横游标到 0V 处，再移动另一根横游标到 △ V=1V （与输入相等）处，得到与输出曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到输出曲线的交点，量得 积分环节模拟电路时间常数 Ti 。
A5B 输出响应曲线 Uo （t ）见图3-1-6。
示波器的截图实验报告要求：按下表改变图3-1-5所示的被测系统时间常数，观测结果，填入实验报告。
R0 C 输入Ui积分常数Ti 计算值测量值200K1u 1V0.2 0.20 2u0.40.42二ULK典型积分环节模拟电路片CH1 ——OOLITBh A5AOUT Li ◎乩（a ）安置短路套 （b ）测孔联线详见虚拟示波器的使用。
图3-1-7比例积分环节响应曲线R0=200K, C=1u, Ui=1vR0=200K, C=2u, Ui=1vR0=100K C=1u, Ui=1vR0=100K C=2u, Ui=1v4）.观察比例积分环节的阶跃响应曲线典型比例积分环节模拟电路如图3-1-8所示.。
周期性矩形滾信号K 1迦3吒B5 OUT氏0 r1. 0 ----------1 ----- • 臭200K传递函数图 3-1-8U O (S) \、/-典型比例积分环节模拟电路G(SF Z TS )K =亘 T 二R i C R单位阶跃响应：观测结果，填入/ 1 +、U o （t ） =K （ 1 ）实验步骤：注：‘ S ST '用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（ OUT ,作为系统的信号输入（Ui ）; 该信号为零输出时将自动对模拟电路锁零。
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中’矩形波’（矩形波指示灯亮）。
② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器 1 ”使之矩形波宽度〉1秒（D1单元左显 示）。
（注：为了使在积分电容上积分的电荷充分放掉，锁零时间应足够大，即矩形波的零输 出宽度时间足够长！“量程选择”开关置于下档时，其零输出宽度恒保持为2秒！）③ 调节B5单元的“矩形波调幅"电位器使矩形波输出电压 =1V （D1单元右显示）。
（2）构造模拟电路：按图 3-1-8安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套（b ）测孔联线（3）运行、观察、记录：打开虚拟示波器的界面，点击 开始，等待完整波形出来后，点击 停止。
移动虚拟示波 器横游标到输入电压X 比例系数 K 处，再移动另一根横游标到（输入电压X 比例系数 K X 2） 处，得到与积分曲线的两个交点。
再分别移动示波器两根纵游标到积分曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti 。
典型比例积分环节模拟电路A5B 输出响应曲线 Uo （t ）见图3-1-7 。
示波器的截图详见虚拟示波器的使用。
实验报告要求：按下表改变图3-1-8所示的被测系统时间常数及比例系数, 实验报告。
% CH1--- :OUT ER0=200K, R1=200K C=1u, Ui=1vR0=200K, R1=200K C=2u, Ui=1vR0=100K R1=200K C=1u, Ui=1vR0=100K R1=200K C=2u, Ui=1v5) .观察比例微分环节的阶跃响应曲线为了便于观察比例微分的阶跃响应曲线，本实验增加了一个小惯性环节，其模拟电路如图比例微分环节+惯性环节的传递函数:=K(1 TS 1 S微分时间常数:TD=(R lR 2- R a )CR I ■ R2惯性时间常数： .二&c亠R 2K D (R 1〃RJ R 3T D = K D ::工=0.48S单位阶跃响应：模块号 跨接座号1 A4 S4，S9 2A6 S2，S63B5‘ S-ST '1信号输入（Ui ）B5 (OUT T A4 (H1) 2 运放级联 A4 (OUT T A6 (H1) 3示波器联接A6 (OUT T B3(CH1 4X 1档B5 (OUT T B3 (CH23-1-9所示。