《自控原理实验报告》
实验名称：实验一控制系统的电子模拟实验
实验数据记录与分析：
除比例环节和积分换节外，输出信号均接入一反相器再输入至示波器CH2通道。
1.比例环节
R0=200K、R1=100K时
传递环数G(s)=0.5，响应函数曲线如图所示
R0=200K、R1=500K时
传递环数G(s)=2.5，响应函数曲线如图所示
结论：理论上，由于G(s)=Uin/Uout=R1/R0，当R1=100K变化到500K时，在
输入信号不变的情况下，输出信号幅值应当变为原来的5倍。
由虚拟示波器图像可知输出红线（CH2）代表Uout，当R1=100K变化到500K时，其幅值变为原来的5倍。
这一结果符合理论分析结果。
2.积分环节
R0=500K、C=1uF时
传递环数G(s)=2/s，响应函数曲线如图所示
R0=500K、C=2uF时
传递环数G(s)=1/s，响应函数曲线如图所示
R0=500K、C=3uF时
传递环数G(s)=2/3s，响应函数曲线如图所示
结论：理论上，由于G(s)分别为2/s、1/s、2/3s，可知响应曲线图像为斜率分别为2、1、1.5的直线，在输入信号为1V、1Hz的方波时，在有信号输入的阶段响应曲线上升但是斜率不相同，在无信号输入的阶段响应曲线保持不变。
由虚拟示波器图像可知输出红线（CH2）代表Uout。
结果符合理论分析结果。
3.惯性环节
R0=200K、R1=200K、C=1uF时测量所得时间常数T=201.667ms
理论上，传递环数G(s)=1/(0.2s+1),时间常数理论值为0.2s，响应函数曲线如图所示
R0=200K、R1=200K、C=2uF时测量所得时间常数T=416.667ms
理论上，传递环数G(s)=1/(0.4s+1),时间常数理论值为0.4s，响应函数曲线如图所示
R0=200K、R1=100K、C=1uF时测量所得时间常数T=120ms
理论上，传递环数G(s)=0.5/(0.1s+1),时间常数理论值为0.1s，响应函数曲线如图所示
结论：实验测得时间常数与理论值基本符合。
当R1、C发生变化的时候，各响应曲线的稳态值有所变化，响应时间也有所不同。
R1不变，C增大时响应曲线的响应时间变长，但稳态值不变。
C不变，R1减小时响应曲线的响应时间变短，稳态值也减小。
4.比例微分环节
已知G(s)=(R1+R2)/R0+R1R2Cs/(R0(R3Cs+1))
当R0=200K、R1=R2=100K、R3=10K、C=1uF时
理论上传递函数为G(s)=1+0.05s/(0.01s+1)
测量的响应曲线如图所示
当R0=500K、R1=R2=100K、R3=10K、C=1uF时
理论上传递函数为G(s)=0.4+0.02s/(0.01s+1)
测量的响应曲线如图所示
结论：实验图像与预期相符。
当R0由200K变化到500K时，响应曲线的稳态值减小。
5.比例积分环节
已知G(s)=(1+R1Cs)/R0Cs
当R0=500K、R1=500K、C=1uF时
理论上传递函数为G(s)= (0.5s+1)/0.5s
测量的响应曲线如图所示
当R0=500K、R1=500K、C=2uF时
理论上传递函数为G(s)= (s+1)/s
测量的响应曲线如图所示
结论：实验结果与预期结果相符合。
当C由1uF变化到2uF时，响应曲线在有信号输入的阶段的斜率减小为原来的一半。
6.振荡环节
R=4K时
理论上，传递环数G(s)=-100/(0.4s^2+4s+100)，响应函数曲线如图所示
R=40K时
理论上，传递环数G(s)= -100/(4s^2+40s+100)，响应函数曲线如图所示
R=400K时
理论上，传递环数G(s)= -100/(40s^2+400s+100)，响应函数曲线如图所示
结论：理论上，R=4K时，0<ζ<1，系统处于欠阻尼震荡环节。
R=40K和400K 时，ζ>1，系统处于过阻尼状态。
在实验过程中，当R由4K增大到400K的时候，响应曲线的震荡程度逐渐降低，但调整时间逐渐增加。
这一结果符合理论分析结果
思考题
1. 实验中阶跃信号的幅值和宽度（高电平）应如何考虑为宜？
答：阶跃信号幅值的大小选择应适当考虑。
过大会使系统动态特性的非线性因素增大，使线性系统变成非线性系统；过小也会使系统信噪比降低并且输出响应曲线不可能清楚显示或记录下来。
2、积分环节和惯性环节的主要差别是什么？在什么条件下惯性环节可视为积分环节？能否通过实验来验证？
答：惯性环节的特点是，当输入作阶跃变化时，输出不能立刻达到稳态值，瞬态输出以指数规律变化。
而积分环节，当输入为单位阶跃信号时，输出为输入对时间的积分，输出随时间呈直线增长。
当t趋于无穷大时，惯性环节可以近似地视为积分环节，当t趋于0时，惯性环节可以近似地视为比例环节。
3、如何通过实验测定惯性环节的时间常数？将测定的结果与理论值进行比较。
答：在惯性环节中，起始点的斜率等于k/T，故在起始点作该点的切线，与y=K相交的点的横坐标就是时间常数T。
在实验中，运放并不是理想的，再加上元器件都有温度特性曲线，器件参数都有误差，所以输入输出曲线不可能像理论那样的线性。