微機與自動控制原理實驗指導(dǎo)書

微機與自動控制原理
實 驗 指 導(dǎo) 書
江南大學(xué) 繼續(xù)教育與網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院
二 0 一二年三月實驗一 典型環(huán)節(jié)的模擬研究
一、實驗?zāi)康?br/>1. 了解并掌握TAP-2教學(xué)實驗系統(tǒng)模擬電路的使用方法，掌握典型環(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方
法，培養(yǎng)學(xué)生實驗技能。
2. 熟悉各種典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。
3. 了解參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。
二、實驗要求
1. 觀察各種典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。
2. 觀察參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)的影響。
三、實驗儀器
1. 超低頻示波器一臺
2. 直流穩(wěn)壓電源（15V）一臺
3. 萬用表一塊
四、實驗原理和電路
本實驗是利用運算放大器的基本特性（開環(huán)增益高，輸入阻抗達(dá)，輸出阻抗小等），設(shè)
置不同的反饋網(wǎng)絡(luò)來模擬各種典型環(huán)節(jié)。
典型環(huán)節(jié)方塊圖及其模擬電路如下：
1. 比例（P）環(huán)節(jié)。其方塊圖如圖1-1A所示
U (S) U (S) U (s)
i K o o = K （1-1）
U (s)
i
圖1-1A 比例環(huán)節(jié)方塊圖 比例環(huán)節(jié)的模擬電路圖如圖1-1B所示，其傳遞函數(shù)為：
U (s) R
10K o = 1 （1-2）
R 1 R U (s) R
i 0
R
0
R
比較式（1-1）和（1-2）得
U
i - -
10K U
o R
+ + K = 1 （1-3）
R
0
R=100k R=100K；（200K) 當(dāng)輸入為單位階躍信號，即
0 1
圖1-1B 比例環(huán)節(jié)模擬電路 U (t) =1(t)時，U (s) =1/s，則
i i
由式（1-1）得到
1
U (s) = K ?
o s
所以輸出響應(yīng)為
U (t) = K
o （1-4）
其輸出波形如圖1-1C。
1輸
出
U (t)
1 i
U (t)
k o
t
圖1-1C 比例環(huán)節(jié)輸出波形圖
2．積分（I）環(huán)節(jié)。其方塊圖如圖1-2A所示。
1
TS
圖1-2A 積分環(huán)節(jié)方塊圖
其傳遞函數(shù)為
U (s) 1
o = （1-5）
U (s) T ?s
i
積分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖1-2B所示。
10μF C 10K R
U 10K
i
U
????? R o
R
0
圖1-2B 積分環(huán)節(jié)模擬電路
積分環(huán)節(jié)模擬電路的傳遞函數(shù)為
U (s) 1
o = （1-6）
U (s) R C?s
i 0
比較式（1-5）和（1-6）得
T = R ?C （1-7）
0
當(dāng)輸入為單位階躍信號，即即U (t) =1(t)時，U (s) =1/s，則由式（1-5）得到
i i
1 1
U (s) = ?
o T ?s s
所以輸出響應(yīng)為
1
U (t) = ?t （1-8）
o T
其輸出波形如圖1-2C
2U
o
1/T