典型环节的电模拟及阶跃响应分析

1、实验一典型环节的电模拟及阶跃响应分析一、实验目的(1 )了解并初步掌握控制系统典型环节的电模拟方法；(2 )熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线；(3 )了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、仪器、设备微型计算机(安装有EWB软件或MATLAB软件)1台三、实验原理本实验可以应用EWB软件或MATLAB软件完成，请老师和同学自己选择。本实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即通过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。根据运算放大器反向输入端、输出端之间的传递函数：G(s)=Uc(： )在运算放大器反向输入端、输出端之间配以适当的电即可模拟各种典型环节。改变电阻11则 G(s)

2、二阻和电容再观察典型环节的的阶跃响应，就可了解参数变化的阻值和电容的容值，也就改变了典型环节的参数。对典型 环节动态特性的影响。 1、比例环节：实验电路见图1。G(s) K(1)K二玉，本实验中取 乙2、积分环节：实验电路见图2其传递函数为G(s)=_L©,取U RC=1，RCS3、惯性环节：实验电路见图3其传递函数为G(s)二也 URfr -，记 T=RC，取 KRtCS 14、二阶震荡环节： 其开环传递函数为:G(s)_S(TS 1)其闭环传递函数为：2官若rOsel)曾2 ： S j四、实验内容1、启动微机，打开EWB实验软件，画好（或者是打开）实验电路，并设置好参数;2、观察

3、不同R和C时的阶跃响应（取规定的四组参数）；3、测试每组参数下所对应的阶跃响应的T,并与理论值比较；4、分析R和C对一阶系统动态响应的影响；五、实验步骤1、EWB软件绘制方法（1）、比例环节：1）点击“开始”菜单中的WEWB32图标，进入 EWB实验平台。这时EWB会自动打开如图，按下鼠标左键，将函数发生器模Bl2）点击虚拟器件库图标_LL点击第二个模块（函数发生器模块）块拖到工作区，释放鼠标左键，具体操作如图6所示。ej-cui-k onicj id EAbEtschEleict rirnii» fnrblihMirhdi IRripD&回皆：|血I aE T陋I划鱼I鱼卜

4、砸_n?imj jAkroul 14 .】河己 farwln口诩日包IJ希I睡五I坯I;帽I占因嘲ul可昨机2歌磬年打空黠于I晦列巴 I孕.nmitJc-d jakb rli»r-ntxquasgHa触庇i萄对，按下鼠标左键，将接地模块拖到工作区，释3）点击信号源库图标一，点击第一个模块（接地模块） 放鼠标左键，具体操作如图7所示。4）点击基本电路器件库图标，点击第二个模块（电阻模块），按下鼠标左键，将电阻模块拖到工ElKi：iEtin3i：x toc ii ln：ru：作区，释放鼠标左键，具体操作如图8所示。-Blect romes fork benchElat parent t见

5、"R旦叵尸 ?lilt ES AftlyELTl 汕断 *lpD F|日厘1血*1址血I弓I屈医觐旦囤吟B ?1财专&创弓i阳歹in匕嘲唯u凹叩.咧Entitled图8图9FiMAI5）点击模拟集成芯片库图标一点击第一个模块（集成运算放大器模块），按下鼠标左键，将集成运算放大器模块拖到工作区，释放鼠标左键，具体操作如图9所示。IQil6）点击虚拟器件库图标，点击第三个模块（示波器模块），按下鼠标左键，将示波器模块拖到工tsl-i EJi L Carets! >uitcujib3O«11作区，释放鼠标左键，具体操作如图10所示。阍凄I I hl卜H I肚皑巾I因

6、嘲21堂I押 上也Qnt it JedSi ku： cwjhe： i!L*X图107）每一个模块之间用信号线相连，具体连接方法为当鼠标靠近连接点是会变亮，按下鼠标左键，拖到需要连接的元器件节点，该节点也会变亮，释放鼠标左键，具体连接如图11所示。8）根据实验要求选择合理的实验参数，再点击运行按钮开始各项实验内容。（2）、积分环节、惯性环节、二阶系统电路这三个环节的实验步骤与比例环节的绘制方法类似，这里不再累述，请同 学们自己绘制实验图。2、MATLAB软件绘制方法ej-oji-k onicj id EAbEtschEleict rirnii» fnrblihMirh(1 )比例环节:

7、从Simulink/Sources图形库浏览器中拖曳Step (阶跃输入)、从Simulink/Math Operations图形库浏览器中拖曳Gain （增益模块）、从Simulink/Commonly Used Blocks图形库浏览器中拖曳Scope （示波器）、从Simulink/Sinks图形库浏览器中拖曳Scope （示波器）模块到仿真操作界面，连接成仿真框图、改变增益模块的参 数。从而改变比例环节的放大倍数K，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。仿真框图如图12所示：图12Tran sfer Fcn3图13（2 ）积分环节将图12仿真框图中的Gain （增益模块）换成递函数模Tr

8、ansfer Fen （传递函数模块），设置Transfer Fen （传块）的参数,使其传递函数变成1 /Ts型。改变Transfer Fen （传递函数模块）的参数，从而改变积分环节T,观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况，仿真框图如图13所示：（3）惯性环节将图13中传递函数模块的参数重新设置，使其传递函数变成型，改变惯性环节的时间常数Ts 1StepScope14所示:Tran sfer图15观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。仿真框图如图图14（5）二阶震荡环节将传递函数模块的参数重新设置，使其传递函数变成2性（参数设置是应注意S2 2 'nS .'n0v©v

9、1）,仿真框图如图所示：1）令（4M不变，©取不同值（Ov© C1 ），观察其单位阶跃响应曲线变化情况;2）令不变，取不同值，观察其单位阶跃响应曲线变化情况。六、预习要求：1、熟悉各种典型环节电模拟的原理和方法，并计算好元件相关参数。2、熟悉由典型环节构建一阶系统的方法；并分析一阶系统的R和c与各典型环节的参数之间的关系。3、分析题一阶系统的阶跃响应，熟悉系统R和C对系统阶跃响应的影响。七、实验记录表比例环节第一组第二组第三组第四组Zf1K010K Q100K Q1000K QZr10K Q10K Q10K Q10K Q阶跃响应曲线参数对响应的关系积分环节第一组第二组第三组第四组R1KQ10K Q100K Q1000K QC1uF1uF1uF1uF阶跃响应曲线参数对响应的关系惯性环节第一组第二组第三组第四组Rt10K Q10KQ10KQ10K QC1000uF1OOuF1OuF1uF阶跃响应曲线调节时间ts理论值测试值参数对响应的关系参数或指标第一组第二组第三组第四组叽(1/S)3311E0.5160.50阶跃响应曲线上升时间tr理论值测试值峰值时间tp理论值测试值调节时间ts理论值测试值超调里CT p理论值测试值振荡