《自动控制原理》实验指导书
梅雪 许必熙
南京工业大学自动化学院
2007年4月
目 录
实验一 典型环节的模拟研究--------------------------1 实验二 典型系统时域响应和稳定性-------------------10 实验三 应用MATLAB进行控制系统根轨迹分析----------15 实验四 应用MATLAB进行控制系统频域分析------------17 实验五 控制系统校正装置设计与仿真-----------------19 实验六 线性系统校正-------------------------------22 实验七 线性系统的频率响应分析---------------------26 附录：TDN—ACP自动控制原理教学实验箱简介----------31
实验一 典型环节的模拟研究
一． 实验目的
1．熟悉并掌握TD-ACC设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。 3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
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二．实验内容
下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 (P)
A方框图：如图1.1-1所示。
Ui(S)KUo(S) 图1.1-1
B传递函数：
Uo(S)?K Ui(S)(t?0)C阶跃响应：UO(t)?K
其中 K?R1/R0
D 模拟电路图：如图1.1-2所示。
比例环节R1_反相器10K_UoUiR010K信号输入端输出测量端R0 = 200K; R1 = 100K或200K 图1.1-2
注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K的电阻，实验中不需要再接。以
后的实验中用到的运放也如此。
E 理想与实际阶跃响应对照曲线：
① 取R0 = 200K；R1 = 100K。
理想阶跃响应曲线Uo1Ui(t)Uo1实测阶跃响应曲线Ui(t)1/2Uo(t)1/2Uo(t)0t0t ② 取R0 = 200K；R1 = 200K。
理想阶跃响应曲线UoUi(t)1Uo(t)1UoUi(t)Uo(t)实测阶跃响应曲线0t0t
2．积分环节 (I)
A．方框图：如右图1.1-3所示。
Ui(S)1TSUo(S) 图1.1-3
B．传递函数：
Uo(S)1 ?Ui(S)TSUo(t)?1tT(t?0)C．阶跃响应：
其中 T?R0C
D．模拟电路图：如图1.1-4所示。
积分环节CR010K10K_Uo反相器Ui_信号输入端输出测量端R0 = 200K; C = 1uF或2uF 图1.1-4
(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K；C = 1uF。
理想阶跃响应曲线UoUo实测阶跃响应曲线10VUo(t)无穷Uo(t)1Ui(t)1Ui(t)t
00.2st00.2s
② 取R0 = 200K；C = 2uF。
理想阶跃响应曲线Uo实测阶跃响应曲线UoUo(t)10V无穷Uo(t)1Ui(t)1Ui(t)00.4st00.4st
3．比例积分环节 (PI)
(1) 方框图：如图1.1-5所示。
K+Ui(S)1TS++Uo(S) 图1.1-5
(2) 传递函数： (3) 阶跃响应：
Uo(S)1?K?Ui(S)TSUo(t)?K?1tT
(t?0) 其中
K?R1/R0；T?R0C
(4) 模拟电路图：如图1.1-6所示。