一、实验目的和要求
1 、学习构成典型线性环节的模拟电路
2 、研究阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响
3 、学习典型线性环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数
二、实验原理
1 、比例环节
图1.1.1
图 1.1.3
比例环节的传递函数为：U0（s）/U1（s）=K
比例环节的方块图、阶跃响应图及模拟电路图分别如图1.1.1、图1.1.2和图1.1.3S所示。其中K=R2/R1+R0，实验参数取R2=200K，R1=100K，R0=10K，R=100K或100K。
2 、积分环节
积分环节的传递函数为：U0（s）/U1（s）=1/TS。
积分环节的方块图、模拟电路图分别如图1.2.1和图1.2.3所示。其中T=（R0+R1）C1，实验参数取R0=100K可调，R1=100K，C1=1UF，R=10K或100K。
图1.2.1
图1.2.3
3、比例积分环节
比例积分环节的传递函数为：U0(s)/U1(s)=K+1/TS。
比例积分环节的方块图、阶跃响应图及模拟电路图分别如图1.3.1、图1.3.2和图1.3.3所示。其中K=R2/(R0+R1 )，T=（R0+R1）C1，实验参数取R0=100K可调，R1=100K，R2=200K，C1=1uF，R=10K或100K。
图1.3.1
图 1.3.3
图1.3.2
4、比例微分环节
比例微分环节的传递函数为：U0(s)/U1(s)=K(1+TS)。
比例微分环节的方块图、阶跃响应图及模拟电路图分别如图1.4.1和图1.4.3所示。其中K=(R2+R3 )/(R0+R1)，T=R2R3C1/(R2+R3)，实验参数去R0=10K可调，R1=10K，R2=10K，R3=10K，R4=200K，C1=1uF，R=10K或100K。
对应理想的和实际的比例微分环节的阶跃响应图分别如图1.4.2a和图1.42.2b所示。
图1.4.1
图 1.4.3
5、惯性环节
惯性环节的传递函数为：U0 (s)/U1(s)=K/TS+1。
惯性环节的方块图、模拟电路图分别如图1.5.1和图1.5.3所示。其中K=R2/R0+R1，T=R2C1，实验参数取R0=100K可调，R1=100K，R2=200K，C1=1uF，R=10K或100K。
图1.5.1
图 1.5.3
6、比例积分微分（PID）环节
比例积分微分环节的传递函数为：U0(s)/U1(S)=Kr+1/T1S+TdS。
比例积分微分环节的方块图、阶跃响应图及模拟电路图分别如图1.6.1、图1.6.2和图1.6.3所示。其中Kp=R1/R0，T1=(R1+R0)C1，Td=R2R3C2/(R1+R0)，实验参数取R0=100K可调，R1=100K，R2=100K，R3=10K，R4=1K，C1=1uF，C2=10uF， R=10K或100K。
对应理想的和实际的比例积分微分环节的阶跃响应图分别如图1.6.2a和图1.6.2b所示。
图1.6.1
图 1.6.3
三、主要仪器设备（实验用的软硬件环境）
1 、ZY17AutoC12BB自动控制原理实验箱
2 、双综低频慢扫示波器
3 、数字万用表
四、操作方法与实验步骤
1、熟悉实验仪器，按照实验原理设计并连接各种典型环节（比例环节、积分环节、比列积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节以及惯性环节）的模拟电路。按照实验原理，此实验中比例环节可使用运放单元（一）、（二）；积分环节可使用运放单元（一）、（二）；比例积分环节可使用运放单元（一）、（二）；比例积分环节可使用运放单元（二）、（三）；惯性环节可使用运放单元（一）、（二）；比例积分环节可使用运放单元（三）、（六）及元器件单元。
2、利用实验仪器完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
（1）同时按下电源单元中的按键开关S001，S002，调节可调电位器 W001，使T006（0——+12V）输出电压为+1V，形成单元阶跃信号电路，然后将S001，S002再次按下关闭电源。
（2）按照图1.1.3（比例环节）连接好电路，按下电路中所用到运放单元的按键开关。
（3）用导线将连接好的模拟电路的输入端与T006相连接，电路的输出端与示波器相连接。
（4）同时按下按键开关S001、S002时，用示波器观测输出端的阶跃响应曲线，并将结果记录记下。（开闭按键开关S001和S002可以重复该实验及以后的所有实验）
3、分别按照图1.2.3（积分环节）、图1.3.3（比例积分环节）、图1.4.3（比例微分环节）、图1.5.3（惯性环节）、图1.6.3（比例积分微分环节）连接电路，重复步骤（2），（3），（4）。
4、分析实验结果，完成实验报告。
五、实验内容及实验数据记录
1 、完成比例环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
2 、完成积分环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
3 、完成比例积分环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
4 、完成比例微分环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
5 、完成惯性环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
6 、完成比例积分微分环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃特性的影响。
六、实验数据处理与分析
1、画出惯性环节、积分环节、比例微分环节的模拟电路图，并画出惯性环节、积分环节、比例微分环节的响应曲线。
1) 惯性环节、积分环节、比例微分环节的模拟电路图分别如图1.5.3、图1.2.3和图1.4.3。
2) 惯性环节的响应曲线如下：
3) 积分环节的响应曲线如下：
4) 比例微分环节的响应曲线如下：
2、由阶跃响应曲线计算惯性环节、积分环节的传递函数、并与由电路计算的结果相比较，分析其差别。
1. 比例环节的传递函数为：U0（s）/U1（s）=K。
2. 积分环节的传递函数为：U0（s）/U1（s）=1/TS。
七、质疑、建议、问题讨论
通过此次实验,我们初步了解了构成典型线性环节的模拟电路,理解了阻、容参数对典型线性环节阶跃响应的影响,掌握典型线性环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。
