实验1 模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验
一、实验目的
根据等效仿真原理，利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器，以干电池作为输入信号，研究控制系统的阶跃时间响应。
二、实验内容
研究一阶与二阶系统结构参数的改变，对系统阶跃时间响应的影响。
三、实验结果及理论分析 1. 一阶系统阶跃响应
a. 电容值1uF，阶跃响应波形：
b. 电容值2.2uF，阶跃响应波形：
c. 电容值4.4uF，阶跃响应波形：
2. 一阶系统阶跃响应数据表
电容值 （uF） 1.0 2.2 4.4 稳态终值Uc（∞）（V） 理论值 2.87 2.87 2.87 实际值 2.90 2.90 2.90 元器件实测参数 Ur= -2.87V Ro=505k? R1=500k? R2=496k? 时间常数T(s) 理论值 0.51 1.02 2.24 实际值 0.50 1.07 2.06 其中
T?R2C
Uc(?)??(R1/R2)Ur
误差原因分析：
① 电阻值及电容值测量有误差； ② 干电池电压测量有误差； ③ 在示波器上读数时产生误差；
④ 元器件引脚或者面包板老化，导致电阻变大； ⑤ 电池内阻的影响输入电阻大小。
⑥ 在C=4.4uF的实验中，受硬件限制，读数误差较大。
3. 二阶系统阶跃响应
a. 阻尼比为0.1，阶跃响应波形：
b. 阻尼比为0.5，阶跃响应波形：
c. 阻尼比为0.7，阶跃响应波形：
d. 阻尼比为1.0，阶跃响应波形：
4. 二阶系统阶跃响应数据表
ξ Rw（?） 峰值时间tp（s） 0.1 0.5 0.7 1.0 454k 52.9k 24.6k 2.97k 0.3 0.4 0.4 1.0 Uo(tp) （V） 4.8 3.3 3.0 2.98 调整时间ts（s） 2.8 0.5 0.3 1.0 稳态终值Us（V） 2.95 2.95 2.92 2.98 超调（%） 震荡次数Mp 62.7 11.9 2.7 0 N 6 1 1 0 四、回答问题
1. 为什么要在二阶模拟系统中设置开关K1和K2，而且必须同时动作？
答：K1的作用是用来产生阶跃信号，撤除输入信后，K2则是构成了C2的放电回路。当K1一旦闭合（有阶跃信号输入），为使C2不被短路所以K2必须断开，否则系统传递函数不是理论计算的二阶系统。而K1断开后，此时要让C2尽快放电防止烧坏电路，所以K2要立即闭合。
2. 为什么要在二阶模拟系统中设置F3运算放大器？
答：反相电压跟随器。保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。
实验2 模拟控制系统的校正实验
一、实验目的
了解校正在控制系统中的作用。
二、实验内容
设计一个串联校正装置来改善系统性能，使其满足指定的指标要求。
三、实验结果及理论分析
1. 系统校正前输出波形：
2. 校正前二阶系统数据表
峰值时间tp（s） 测量数值 0.6 Uo(tp) （V） 4.4 调整时间ts（s） 3.6 元器件参数 R1=98.2k?, R2=98.7k?, R3=98.5k?, R4=97.8k?, R5=98.8k? R6=506k?, R7=100k?, R8=234k?, R9=98.8k? C1=1.08uF, C2=1.10uF, C3=1.2.87uF 理论数值 0.5 4.6 3.5 稳态终值Us（V） 超调（%） 震荡次数N Mp 2.9 50.7 4 2.9 60 4