控制理论实验指导书

《控制理论实验指导书》是一份专为初学者设计的学习资料，旨在帮助他们快速掌握控制理论的基础知识和实验技能。这份指导书以PPT的形式呈现，涵盖了从基本实验设备的介绍到典型环节的电路模拟等多个方面，通过实际操作增强理解和应用能力。 实验一的核心是典型环节的电路模拟，包括比例环节（P）、积分环节（I）、比例积分环节（PI）、比例微分环节（PD）以及比例积分微分环节（PID）和惯性环节。这些环节是构建自控系统的基本元素，理解它们的动态特性对于系统设计和分析至关重要。 1. 比例环节（P）：输出信号与输入信号成比例，无失真、无延迟。其传递函数为G(s)=K，当输入为单位阶跃信号时，输出响应曲线呈直线，斜率为比例系数K。 2. 积分环节（I）：输出信号与输入信号的时间积分成正比。传递函数为G(s)=1/(Ts+1)，积分时间常数T影响响应曲线的斜率。单位阶跃响应曲线会随时间线性上升，斜率为1/T。 3. 比例积分环节（PI）：结合了比例和积分特性，传递函数为G(s)=K/(Ts+1)。积分系数T决定了曲线升高的速度，而比例系数K影响曲线的初始斜率。 4. 比例微分环节（PD）：在比例环节基础上引入了微分作用，传递函数为G(s)=Ks/(Ts+1)，微分系数Td决定响应曲线的峰值和宽度。 5. 比例积分微分环节（PID）：综合比例、积分和微分，传递函数为G(s)=K/(Ts+1)+KDs。PID控制器广泛应用于各种控制系统，通过调整三个系数可以实现良好的控制效果。 6. 惯性环节：模拟物理系统的惯性，传递函数为G(s)=1/(Ts+1)，时间常数T反映了系统响应的快慢。单位阶跃响应曲线会经过一段延迟后逐渐达到稳态。 实验步骤详细指导了如何使用THBCC-1实验平台搭建电路并进行参数测量，包括选用合适的电路单元、设置参数，以及使用软件观测和记录阶跃响应曲线，通过比较理论值和实验结果来加深理解。 在实验过程中，需要注意的是正确使用“锁零按钮”和“阶跃按键”，调整软件的分频系数和时基设置以获得清晰的曲线显示。此外，对于包含积分环节的电路，实验前需对积分电容进行锁零操作，以消除初始误差。 通过这个实验，学生不仅能够掌握控制理论的基本概念，还能提升动手能力和问题解决技巧，为后续深入学习控制理论打下坚实基础。