控制工程基础实验：阶跃响应与频率特性测试

"控制工程基础实验指导书" 控制工程基础实验是学习和理解控制系统工作原理的重要实践环节。实验一，系统阶跃响应和频率特性的测试，旨在帮助学生掌握实际系统动态特性的分析方法。在这个实验中，学生们会接触到一些关键概念和技术。 首先，实验涉及到的系统是一个小电路板，其电路设计和传递函数是实验的核心。传递函数是描述系统动态行为的数学模型，它表示系统输出与输入之间的关系。在本例中，传递函数为 \( G(s) = \frac{2500}{s^2 + 25s + 2500} \)，这表明系统对输入信号的响应是如何被频率和幅值调节的。 实验的目标是测试系统的阶跃响应和幅频特性。阶跃响应是当系统受到一个阶跃输入（如从0突然增加到非零值）时，输出随着时间变化的行为。通过观测阶跃响应曲线，可以得到系统的时间常数、超调量、振荡次数等动态特性指标。而幅频特性则反映了系统对不同频率输入信号的放大倍数，是评估系统稳定性和频率选择性的关键。 实验步骤包括使用信号源产生方波信号，调整信号参数如占空比、直流偏移量和幅度，以适应被测系统的需求。然后，通过示波器观察和记录输出端的波形，以此获得阶跃响应曲线。同时，学生需要根据系统特点选择合适的信号频率，避免过快或过慢的信号导致无法准确捕捉瞬态响应。 在MATLAB环境中，可以对系统的数学模型进行仿真，分析时域瞬态响应和频域响应，这是理论与实践相结合的体现，也是现代控制工程中常用的技术手段。通过这种方式，学生能够深化对控制系统动态性能的理解，并掌握MATLAB在系统分析中的应用。 实验报告应详细记录每个步骤的过程，包括信号参数设定、观测结果和分析。此外，学生还需要从实验数据中提炼出系统的动态特性指标，例如上升时间、峰值时间和调节时间等，这有助于他们对控制系统的响应行为形成直观和理性的认识。 控制工程基础实验不仅锻炼了学生的动手能力，也强化了他们对控制系统基本理论的掌握，为后续深入学习控制理论和实践应用打下了坚实的基础。