"自动控制原理教学：典型环节模拟研究实验及步骤"

本实验旨在通过模拟研究典型环节，了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式，并观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。 实验所需的仪器和元器件包括AEDK-labACT-3A 实验箱和计算机，实验内容为观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，并改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图、阶跃响应曲线及观测结果，并填入实验报告。本实验还利用LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，点击开始即可使用配套的虚拟示波器测量波形。 首先，观察比例环节的阶跃响应曲线，其模拟电路如图1-1所示。该比例环节的传递函数为G(s)=K，单位阶跃响应为y(t)=K，实验步骤为连接函数发生器的周期性矩形波信号作为系统的信号输入，当该信号为零输出时自动对模拟电路锁零。在实验过程中需要注意将S ST用短路套短接。 接下来，进行积分环节的阶跃响应曲线的观察。该积分环节的模拟电路如图1-2所示，传递函数为G(s)=K/s，单位阶跃响应为y(t)=K*t，实验步骤与比例环节类似，通过改变函数发生器的输出波形来观察不同参数对阶跃响应曲线的影响。在实验中可以发现，当K<0时，输出曲线会随着时间趋近于无穷大，这是由于积分环节具有积分饱和的特性所致。 然后，进行微分环节的阶跃响应曲线的观察。该微分环节的模拟电路如图1-3所示，传递函数为G(s)=Ks，单位阶跃响应为y(t)=K，实验步骤和前两个环节类似，通过改变函数发生器的输出波形来观察不同参数对阶跃响应曲线的影响。在实验过程中，发现微分环节会放大高频部分的信号，对高频噪声有较好的抑制作用。 最后，进行理想积分环节的阶跃响应曲线的观察。理想积分环节的模拟电路如图1-4所示，传递函数为G(s)=K/s^2，单位阶跃响应为y(t)=K*t^2/2，实验步骤同前述环节。由于理想积分环节不具有实际电路中的积分饱和特性，因此其输出曲线随着时间的增加会继续增大。 通过以上实验，我们可以了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式，并观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。这对于自动控制原理的教学和学习来说是一种必备良药，能够帮助学生更好地理解和应用自动控制原理。因此，本实验是非常有价值和意义的。