自动控制原理
实 验 指 导 书
长春工业大学人文信息学院
电子信息系 2011年9月
目 录
实验一实验二实验三
典型环节的电路模拟 ....................................2 二阶系统的瞬态响应 ....................................9 研究线性定常系统的稳态误差 ..................13
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实验一 典型环节的电路模拟
一、实验目的
1. 熟悉THBDC-1型 控制理论计算机控制技术实验平台及“THBDC-1”软件的使用；
2. 熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；
3. 测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。 二、实验设备
1. THBDC-1型 控制理论计算机控制技术实验平台；
2. PC机一台(含“THBDC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线； 三、实验内容
1. 设计并组建各典型环节的模拟电路；
2. 测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响； 四、验原理
自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。
1. 比例（P）环节
比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。 它的传递函数与方框图分别为：
U(S)G(S)?O?K
Ui(S)所示。
2. 积分（I）环节 图1-2
积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为：
当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K时的响应曲线如图1-2
G(s)?UO(S)1?Ui(S)Ts2
设Ui(S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T时的响应曲线如图1-3所示。
图1-3
3. 比例积分(PI)环节
比例积分环节的传递函数与方框图分别为：
G(s)?UO(S)R2CS?1R21R21????(1?)Ui(S)R1CSR1R1CSR1R2CS 其中T=R2C，K=R2/R1
设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T时的PI输出响应曲线。
图1-4
4. 比例微分(PD)环节
比例微分环节的传递函数与方框图分别为：
G(s)?K(1?TS)?R2(1?R1CS) 其中K?R2/R1,TD?R1C R1
设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-5示出了比例系数(K)为2、微分系数为TD
时PD的输出响应曲线。
图1-5
5. 比例积分微分(PID)环节
比例积分微分(PID)环节的传递函数与方框图分别为：
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