河北联合大学轻工学院
自动控制原理 实验理论值计算过程
及答案
张 怡 编著
轻工学院 电气信息实验中心
河北联合大学轻工学院
第一章 评分标准：
预习报告评分标准（总计30分）：
（1） 预习报告内容完整（8分）、字迹工整（2分）。合计10分。 （2） 图、表绘制标准（3分）、参数标注正确（3分）。合计5分。 （3） 理论值计算正确（5分），并有计算过程（10分）。合计15分。
操作成绩评分标准（总计50分）：
（1） 按实验步骤完成实验，遵守学生实验守则，不违反实验操作规程（5分）。合计5分。 （2） 各典型环节（共8个）传递函数参数计算正确，按图中参数进行模拟电路接线，每
个2.5分，合计20分。
（3） 通过计算机对输出响应信号的采集，得到正确的阶跃响应曲线，并对输出信号进行
参数的正确测量，记入原始数据记录表中，每个.52分。合计20分。
（4） 整理实验台、关闭计算机及各种仪器仪表（5分）。合计5分。
实验报告评分标准（总计20分）：
（1） 将实验数据整理到表1-5和1-6中。各个典型环节传递函数计算正确（5分），阶跃
响应曲线正确、工整（5分）。合计10分。
（2） 思考题回答正确（6分）。合计6分。 （3） 实验报告内容完整、字迹清晰（4分）。
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实验数据理论计算过程及思考题答案 实验2.1 典型环节及其阶跃响应
一、实验数据理论值计算过程及实验数据记录表
表2-4 典型环节的阶跃响应 典型环节 传递函数 阶跃响应曲线 比例 G?s??C?s?R?s??K?2，K?R2R1 积分 G?s??C?s?R?s??1Ts?1s，T?RC G?s??C?s?R?s?R2R1?K?1Ts?1?1s 比例积分 K?,T?R1C G?s??C?s?R?s??R2R1?1?R1Cs??2?2s 比例微分 K?R2R1，T?R1C，R2,R3??R4 比例积分微分 G?s??C?s?R?s??KP?Tis?Tds?2?10.1s?0.1s KP?R1C1?R2C2R1C2,Ti?R1C2, Td?R2C1 G?s??C?s?R?s?K??KTs?1?20.2s?1 惯性环节 R2R1,T?R2C 河北联合大学轻工学院
表2-5 惯性环节（一阶系统）实验数据记录表 T/s K 0.2 2 200K 1uF 0.5 5 500K 1uF 1 2 200K 5uF R2 C ts实测值 ts0.71s 1.62s 3.5s 理论值 阶跃响应曲线
0.6s~0.8s 1.5s~2s 3s~4s 二、思考题：
1．在什么条件下，惯性环节可以近似地视为积分环节？在什么条件下，惯性环节可以 近似地视为比例环节？
答：惯性环节的传递函数是KTs?1，惯性环节当T?0时可以等效为比例环节；当T??1时可等效为积分环节。阶跃响应前半段输出随时间变化，类似于积分环节；后半段达到稳态，不随时间变化，类似于比例环节。但惯性环节具备了比例环节和积分环节的特性。
2．积在积分环节和惯性环节的实验中，如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？
答：一阶系统的单位阶跃响应为h?t??1?e?tT，t?0，由此式可知，一阶系统的单位阶跃
响应是一条初始值为零，以指数规律上升到终值hss?1的曲线，如图所示。
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用实验方法测定一阶系统的时间常数：响应曲线的斜率的初始值为1T，并随时间的推移而下降。例如
dh?t?dtt?0?1T，
dh?t?dtt?Tdh?t?1， ?0.368Tdtt???0
这就是通过初始斜率特性确定一阶系统时间常数的方法之一。