微机与自动控制原理实验指导书

微机与自动控制原理
实 验 指 导 书
江南大学 继续教育与网络教育学院
二 0 一二年三月实验一 典型环节的模拟研究
一、实验目的
1. 了解并掌握TAP-2教学实验系统模拟电路的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方
法，培养学生实验技能。
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、实验要求
1. 观察各种典型环节的阶跃响应曲线。
2. 观察参数变化对典型环节阶跃响应的影响。
三、实验仪器
1. 超低频示波器一台
2. 直流稳压电源（15V）一台
3. 万用表一块
四、实验原理和电路
本实验是利用运算放大器的基本特性（开环增益高，输入阻抗达，输出阻抗小等），设
置不同的反馈网络来模拟各种典型环节。
典型环节方块图及其模拟电路如下：
1. 比例（P）环节。其方块图如图1-1A所示
U (S) U (S) U (s)
i K o o = K （1-1）
U (s)
i
图1-1A 比例环节方块图 比例环节的模拟电路图如图1-1B所示，其传递函数为：
U (s) R
10K o = 1 （1-2）
R 1 R U (s) R
i 0
R
0
R
比较式（1-1）和（1-2）得
U
i - -
10K U
o R
+ + K = 1 （1-3）
R
0
R=100k R=100K；（200K) 当输入为单位阶跃信号，即
0 1
图1-1B 比例环节模拟电路 U (t) =1(t)时，U (s) =1/s，则
i i
由式（1-1）得到
1
U (s) = K ⋅
o s
所以输出响应为
U (t) = K
o （1-4）
其输出波形如图1-1C。
1输
出
U (t)
1 i
U (t)
k o
t
图1-1C 比例环节输出波形图
2．积分（I）环节。其方块图如图1-2A所示。
1
TS
图1-2A 积分环节方块图
其传递函数为
U (s) 1
o = （1-5）
U (s) T ⋅s
i
积分环节的模拟电路如图1-2B所示。
10µF C 10K R
U 10K
i
U
 R o
R
0
图1-2B 积分环节模拟电路
积分环节模拟电路的传递函数为
U (s) 1
o = （1-6）
U (s) R C⋅s
i 0
比较式（1-5）和（1-6）得
T = R ⋅C （1-7）
0
当输入为单位阶跃信号，即即U (t) =1(t)时，U (s) =1/s，则由式（1-5）得到
i i
1 1
U (s) = ⋅
o T ⋅s s
所以输出响应为
1
U (t) = ⋅t （1-8）
o T
其输出波形如图1-2C
2U
o
1/T