① 准备：将信号源单元的“ST”端（插针）与“＋5V”端（插针）用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管夹断（每个运放单元均设置了锁零场效应管），这时运放处于无锁零控制的工作状态。
② 阶跃信号的产生
电路可采用图1－13，具体接法：将“H1”与“＋5V”插针用“短路块”短接，“H2”插针用排线接至“X”插针，“X”端原有的“短路块”应拔掉，再将“Z”插针和“GND”插针用“短路块”短接，最后信号由大插孔“Y”端输出。实验中按动按钮即可产生阶跃信号，调节电位器可以改变阶跃信号的幅值。以后实验再用到阶跃信号时，方法同上，不再赘述。
+5VH1′?°¤H2ìá?2?éX10KYZGNDìá?2?é10K3???D?1?2òéòUiìá?2?é ¤′μ??3?? 图1－13
(2) 实验操作
① 按模拟电路图将线接好。将阶跃信号加至输入端，调节单次阶跃单元中的电位器，按动按钮，用示波器观察阶跃信号，使其幅值为1V左右。
② 用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出U0端， 然后，按下按钮（或松开按钮），观测输出端的实际响应曲线U0(t)，并将结果记下。
③ 改变几组参数，重新观测结果。
③ 用同样的方法分别搭接积分、比例积分、比例微分和惯性环节的模拟电路图，用示波器观测这些环节对阶跃信号的实际响应曲线，并将结果记下。 2．观察PID环节的响应曲线
(1) 此时Ui采用信号源单元的周期性方波信号，具体实现如下：将信号源单元的“ST”的插针改为与“S”插针短接，信号类型选择开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为阶跃信号电压。信号的周期由信号频段选择开关和调频电位器来调节，幅值由调幅电位器来调节。以信号幅值小、信号周期较长比较适宜。
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(2) 参照1.1.3节的PID模拟电路图，将PID环节搭接好。
(3) 将 (1) 中产生的周期性方波信号加到PID环节的输入端Ui ，用示波器的CH1路和CH2表笔监测PID模拟电路的输入Ui端和输出U0端，可以观测到PID环节的阶跃响应曲线。
(4) 改变电路参数，重新观察并记录。
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实验二 典型系统的时域响应和稳定性分析
一、 实验目的
1．研究二阶系统的特征参量（ξ、ωn）对过渡过程的影响。 2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。 3．熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。
二、 实验设备
PC机一台，TD－ACC系列教学实验系统一套。
三、 实验原理及内容
1．典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：见图2－1
R(S)+E(S)_1T S0K1T S+11C(S) 图2－1
(2) 对应的模拟电路图
1uF200Kr(t) 200Kaèê?200K10K10K_C (t)a3ê?2àà???_500K_2uFR_200K-C(t)￡a3ê? 图2－2
(3) 理论分析
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系统开环传递函数为：G(S)?K1T0S(T1S?1)K1?T0S(T1S?1)；开环增益K?K1T0。
(4) 实验内容
先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图2－2)，
T0?1s， T1?0.2s，K1?200R ?K?200?n22nR?
5KS2系统闭环传递函数为：W(S)?SKT12?2??nS???1010R?5S?5K52?n
其中自然振荡角频率：?n?
2．典型的三阶系统稳定性分析 (1) 结构框图
R(S)+_E(S)；???10R40。
1T S0K1T S+11K2T S+12C(S)
图2－3
(2) 模拟电路图
2uF200Kr(t) 200Kaèê?200K10K10K__500K_100K_100K1uFR1uF500K_C(t)a3ê?àà2???
图2－4
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(3) 理论分析
系统的开环传函为:G(S)H(S)?R(其中K?500)，
RS(0.1S?1)(0.5S?1)500 系统的特征方程为:1?G(S)H(S)?0?S3?12S2?20S?20K?0。
(4) 实验内容
实验前由Routh判断得Routh行列式为：
S3 1 20 S2 12 20K S1 (-5K/3)+20 0 S0 20K 0
?5??K?20?0为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有 ?3
?20K?0?得： 0 < K < 12 ? R > 41.7KΩ 系统稳定 K = 12 ? R = 41.7KΩ 系统临界稳定 K > 12 ? R < 41.7KΩ 系统不稳定
四、 实验步骤
1．准备：将信号源单元的“ST”插针和“＋5V”插针用“短路块”短接，使运算放大器反馈网络上的场效应管夹断，无锁零控制作用。
2. 阶跃信号的产生：见实验1中的阶跃信号的产生。将阶跃信号加至输入端，调节单次阶跃单元中的电位器，按动按钮，用示波器观察阶跃信号，使其幅值为1V左右。
3. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试
(1) 按模拟电路图2－2接线，将阶跃信号接至输入端，取R = 10K。
(2) 用示波器观察系统阶跃响应C(t)，测量并记录超调MP、峰值时间tp和调节时间tS。 (3) 分别按R = 50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察相应的阶跃响应C(t)，测量并记录性能指标MP、tp和tS，及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较（实验前必须按公式计算出）。并将实验结果填入表2－1中。表2－2中已填入了一组参考测量值，可供对比用。
4．典型三阶系统的性能
(1) 按图2－4接线，将阶跃信号接至输入端，取R = 30K。 (2) 观察系统的阶跃响应，并记录波形。 (3) 减小开环增益（R = 41.7K；100K），观察阶跃响应，并将实验结果填入表2－3中。表2－4中已填入了一组参考测量值，可供对比用。
五、 实验现象分析
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