杭州電子科技大學(xué) 自控實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí) ：12062812學(xué)號(hào) ：12061210姓名 ：胡晶第三章 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)3.1 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析3.1.1 典型環(huán)節(jié)的模擬研究一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解和掌握各典型環(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方法、傳遞函數(shù)表達(dá)式及輸出時(shí)域函數(shù)表達(dá)式2 觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，了解各項(xiàng)電路參數(shù)對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，了解各項(xiàng)電路參數(shù)對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響.。改變被測(cè)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)電路參數(shù)，畫出模擬電路圖，階躍響應(yīng)曲線，觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告運(yùn)行LABACT程序，選擇自動(dòng)控制菜單下的線性系統(tǒng)的時(shí)域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究中的相應(yīng)

2、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測(cè)孔測(cè)量波形。具體用法參見用戶手冊(cè)中的示波器部分。1)觀察比例環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型比例環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-1所示。圖3-1-1 典型比例環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)： ； 單位階躍響應(yīng)： 實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接！（1）將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號(hào)（OUT），作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入（Ui）；該信號(hào)為零輸出時(shí)，將自動(dòng)對(duì)模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度1秒（D1

3、單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓= 4V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-1安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S122B5S-ST1信號(hào)輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接×1檔A5（OUTB）B3（CH1）3B5（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕（0+4V階躍），觀測(cè)A5B輸出端（Uo）的實(shí)際響應(yīng)曲線。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。 觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。R0R1輸入U(xiǎn)i比例系

4、數(shù)K計(jì)算值測(cè)量值200K100K4V0.50.505 50K 200K1V43.7142)觀察慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-2所示。圖3-1-2 典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)： 單位階躍響應(yīng)：實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接?。?） 將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號(hào)（OUT），作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入（Ui）；該信號(hào)為零輸出時(shí)，將自動(dòng)對(duì)模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度1秒（D1單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電

5、壓= 4V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-4安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。1信號(hào)輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接×1檔A5（OUTB）B3（CH1）3B5（OUT）B3（CH2）（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S6，S102B5S-ST（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕時(shí)（0+4V階躍），觀測(cè)A5B輸出端（Uo）響應(yīng)曲線，等待完整波形出來后，移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到輸出穩(wěn)態(tài)值×0.632處，得到與輸出曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開始到輸出

6、曲線的交點(diǎn)，量得慣性環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù)T。觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。R0R1C輸入U(xiǎn)i比例系數(shù)K慣性常數(shù)T計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值200K200K1u4V10.9910.20.21050K200K 1u1V43.7850.20.2003)觀察積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-3所示。圖3-1-3 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)： 單位階躍響應(yīng)：實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接?。?）為了避免積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號(hào)（OUT），代替信號(hào)發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入（Ui）；該信號(hào)為零輸出時(shí)，將自動(dòng)對(duì)模擬電路鎖零。 在顯示與功

7、能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度1秒（D1單元左顯示）。（注：為了使在積分電容上積分的電荷充分放掉，鎖零時(shí)間應(yīng)足夠大，即矩形波的零輸出寬度時(shí)間足夠長！ “量程選擇”開關(guān)置于下檔時(shí)，其零輸出寬度恒保持為2秒?。?調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓= 1V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-3安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線1信號(hào)輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接×1檔A5（OUTB）B3（CH1）3B5（OUT）

8、B3（CH2）模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S102B5S-ST（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，觀測(cè)A5B輸出端（Uo）響應(yīng)曲線，等待完整波形出來后，點(diǎn)擊停止，移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到0V處，再移動(dòng)另一根橫游標(biāo)到V=1V（與輸入相等）處，得到與輸出曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開始到輸出曲線的交點(diǎn)，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù)Ti。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-1-3所示的被測(cè)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。R0C輸入U(xiǎn)i積分常數(shù)Ti計(jì)算值測(cè)量值200K1u1V 0.20.220100K1u 0.10.1004)觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線 典型比例

9、積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-4所示.。圖3-1-4 典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路傳遞函數(shù)： 單位階躍響應(yīng)：實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接?。?）為了避免積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號(hào)（OUT），代替信號(hào)發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入（Ui）；該信號(hào)為零輸出時(shí)將自動(dòng)對(duì)模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度1秒（D1單元左顯示）。（注：為了使在積分電容上積分的電荷充分放掉，鎖零時(shí)間應(yīng)足夠大，即矩形波的零輸出寬度時(shí)間足夠長！ “量程選擇”開關(guān)置

10、于下檔時(shí)，其零輸出寬度恒保持為2秒?。?調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓 = 1V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-4安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S82B5S-ST1信號(hào)輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接×1檔A5（OUTB）B3（CH1）3B5（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，觀測(cè)A5B輸出端（Uo）響應(yīng)曲線，等待完整波形出來后，點(diǎn)擊停止。移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到輸入電壓×比例系數(shù)K處，再移動(dòng)另一根橫游標(biāo)到（輸入電壓

11、×比例系數(shù)K輸入電壓）處，得到與積分曲線的兩個(gè)交點(diǎn)。再分別移動(dòng)示波器兩根縱游標(biāo)到積分曲線的兩個(gè)交點(diǎn)，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù)Ti。 觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。R0R1C輸入U(xiǎn)i比例系數(shù)K積分常數(shù)Ti計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值200K200K1u1V10.966 0.2 0.19100K1u21.931 0.1 0.13.1.2 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解和掌握典型二階系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成方法及型二階閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式。2. 研究型二階閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)-無阻尼振蕩頻率n、阻尼比對(duì)過渡過程的影響。3. 掌握欠阻尼型二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)Mp、t

12、p、ts的計(jì)算。4. 觀察和分析型二階閉環(huán)系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼的瞬態(tài)響應(yīng)曲線，及在階躍信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)Mp、tp值，并與理論計(jì)算值作比對(duì)。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路見圖3-1-7，觀察阻尼比對(duì)該系統(tǒng)的過渡過程的影響。改變A3單元中輸入電阻R來調(diào)整系統(tǒng)的開環(huán)增益K，從而改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。2改變被測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)電路參數(shù)，計(jì)算和測(cè)量被測(cè)對(duì)象的臨界阻尼的增益K，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3改變被測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)電路參數(shù)，計(jì)算和測(cè)量被測(cè)對(duì)象的超調(diào)量Mp，峰值時(shí)間tp，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告，並畫出階躍響應(yīng)曲線。圖3-1-7 型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路積分環(huán)節(jié)（A2單元）的積分時(shí)間常數(shù)Ti=R1*C1=

13、1S 慣性環(huán)節(jié)（A3單元）的慣性時(shí)間常數(shù) T=R2*C2=0.1S阻尼比和開環(huán)增益K的關(guān)系式為：臨界阻尼響應(yīng)：=1，K=2.5，R=40k 欠阻尼響應(yīng)：0<<1 ，設(shè)R=4k， K=25 =0.316 過阻尼響應(yīng)：>1，設(shè)R=70k，K=1.43=1.32>1 實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST用“短路套”短接?。?）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的矩形波輸出作為系統(tǒng)輸入R。（連續(xù)的正輸出寬度足夠大的階躍信號(hào)) 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度3秒（D1單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單

14、元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓= 3V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-7安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S2，S11，S123A3S8，S104A6S2，S65B5S-ST1信號(hào)輸入r(t)B5（OUT） A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2A（OUTA）A3（H1）4負(fù)反饋A3（OUT）A1（H2）5運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUT）A6（H1）67跨接元件4K、40K、70K元件庫A11中直讀式可變電阻跨接到A3（H1）和（IN）之間8示波器聯(lián)接×1檔A6（OUT）B3（

15、CH1）9B5（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，選擇自動(dòng)控制菜單下的線性系統(tǒng)的時(shí)域分析下的二階典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測(cè)孔測(cè)量波形。也可選用普通示波器觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 分別將（A11）中的直讀式可變電阻調(diào)整到4K、40K、70K，等待完整波形出來后，點(diǎn)擊停止，用示波器觀察在三種增益K下，A6輸出端C(t)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)。三實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-1-7所示的實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)模擬電路圖。調(diào)整輸入矩形波寬度3秒，電壓幅度 = 3V。畫出躍響應(yīng)曲線，測(cè)量超調(diào)

16、量Mp，峰值時(shí)間tp填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（計(jì)算值實(shí)驗(yàn)前必須計(jì)算出）增益K（A3）慣性常數(shù)T（A3）積分常數(shù)Ti（A2）自然頻率n計(jì)算值阻尼比計(jì)算值超調(diào)量Mp(%)峰值時(shí)間tP計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值250.1115.810.31635.09 32.920.2094 0.210200.10.520.000.250044.4 41.250.1622 0.1500.231.620.158260.46 56.260.1006 0.1103.2 線性控制系統(tǒng)的頻域分析3.2.1 頻率特性測(cè)試一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解線性系統(tǒng)頻率特性的基本概念。2了解和掌握對(duì)數(shù)幅頻曲線和相頻曲線（波德圖）的構(gòu)造及繪制方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步

17、驟被測(cè)系統(tǒng)是一階慣性的模擬電路圖見圖3-2-1，觀測(cè)被測(cè)系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告，並在對(duì)數(shù)座標(biāo)紙上畫出幅頻特性和相頻特性曲線。本實(shí)驗(yàn)將正弦波發(fā)生器（B4）單元的正弦波加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端，用虛擬示波器觀測(cè)被測(cè)系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，了解各種正弦波輸入頻率的被測(cè)系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。圖3-2-1 被測(cè)系統(tǒng)的模擬電路圖實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的正弦波輸出作為系統(tǒng)輸入。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中正弦波（正弦波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器2”，使之正弦波頻率為8Hz（D1單元右顯示）。 調(diào)節(jié)B5單元的“正弦波調(diào)

18、幅”電位器，使之正弦波振幅值輸出為2V左右（D1單元左顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-2-1安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A3S1，S7，S92A6S2，S61信號(hào)輸入B5（SIN）A3（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUT）A6（H1）3示波器聯(lián)接×1檔B5（SIN）B3（CH1）4A6（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，在界面的自動(dòng)控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇時(shí)域分析，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用示波器觀察波形，應(yīng)避免系統(tǒng)進(jìn)入非線性狀態(tài)。點(diǎn)擊停止鍵后，可拖動(dòng)時(shí)間量程（

19、在運(yùn)行過程中，時(shí)間量程無法改變），以滿足觀察要求。 示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。三實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)正弦波輸入頻率：（輸入振幅為2V）。頻率為1Hz時(shí)：頻率為1.6Hz時(shí)：頻率為4.5Hz時(shí)頻率為8Hz時(shí)頻率為12.5Hz時(shí)觀測(cè)幅頻特性和相頻特性，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。並畫出幅頻特性、相頻特性曲線。輸入頻率Hz幅頻特性相頻特性計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值1 13.7013.31-7.162-91.6 13.4612.93-11.36-144.5 11.0810.72-29.48-328 6.8786.473-45.15-4612.5 1.4281.088-57.51-60思考題：把

20、圖3-2-6所示的二階閉環(huán)系統(tǒng)作為被測(cè)系統(tǒng)，觀測(cè)系統(tǒng)的閉環(huán)幅頻特性和相頻特性，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。並畫出系統(tǒng)的閉環(huán)幅頻特性、相頻特性曲線。3.3 線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋就是在被控對(duì)象已確定，在給定性能指標(biāo)的前提下，要求設(shè)計(jì)者選擇控制器（校正網(wǎng)絡(luò)）的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，使控制器和被控對(duì)象組成一個(gè)性能滿足指標(biāo)要求的系統(tǒng)。3.3.1 頻域法串聯(lián)超前校正頻域法校正主要是通過對(duì)被控對(duì)象的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性（波德圖）觀察和分析實(shí)現(xiàn)的。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握超前校正的原理。2了解和掌握利用閉環(huán)和開環(huán)的對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性完成超前校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)的計(jì)算。3掌握在被控系統(tǒng)中如何串入超前校正網(wǎng)

21、絡(luò)，構(gòu)建一個(gè)性能滿足指標(biāo)要求的新系統(tǒng)的方法。 二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1觀測(cè)被控系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性，幅值穿越頻率c，相位裕度，按“校正后系統(tǒng)的相位裕度”要求,設(shè)計(jì)校正參數(shù)，構(gòu)建校正后系統(tǒng)。2觀測(cè)校正前、后的時(shí)域特性曲線，並測(cè)量校正后系統(tǒng)的相位裕度、超調(diào)量Mp、峰值時(shí)間tP。3改變 “校正后系統(tǒng)的相位裕度”要求,設(shè)計(jì)校正參數(shù)，構(gòu)建校正后系統(tǒng)，畫出其系統(tǒng)模擬電路圖和階躍響應(yīng)曲線，觀測(cè)校正后相位裕度、超調(diào)量Mp、峰值時(shí)間tP填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。注：在進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)前應(yīng)熟練掌握使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)的二階系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性的測(cè)試方法。1）。未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性的測(cè)試未校正系統(tǒng)模擬電路圖見圖3-3-1。本

22、實(shí)驗(yàn)將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元作為信號(hào)發(fā)生器， OUT輸出施加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端Ui，觀察OUT從0V階躍+2.5V時(shí)被測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域特性。圖3-3-1 未校正系統(tǒng)模擬電路圖實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST 用“短路套”短接！（1）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的矩形波輸出作為系統(tǒng)輸入R。（連續(xù)的正輸出寬度足夠大的階躍信號(hào)) 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度3秒（D1單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓= 2.5V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-3-1安置短路

23、套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S3，S113A3S1，S64A6S4，S8，S95B5S-ST1信號(hào)輸入r(t)B5（OUT）A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2A（OUTA）A6（H1）4負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）5運(yùn)放級(jí)聯(lián)A6（OUT）A3（H1）6示波器聯(lián)接×1檔A3（OUT）B3（CH1）7B5（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，在界面自動(dòng)控制菜單下的“線性系統(tǒng)的校正和狀態(tài)反饋”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選中“線性系統(tǒng)的校正”項(xiàng)，彈出線性系統(tǒng)的校正的界面，點(diǎn)擊開始，

24、用虛擬示波器CH1觀察系統(tǒng)輸出信號(hào)。 觀察OUT從0V階躍+2.5V時(shí)被測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域特性，等待一個(gè)完整的波形出來后，點(diǎn)擊停止，然后移動(dòng)游標(biāo)測(cè)量其超調(diào)量、峰值時(shí)間及調(diào)節(jié)時(shí)間。在未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性特性曲線上可測(cè)得時(shí)域特性：超調(diào)量Mp=56.4 % 峰值時(shí)間tp= 0.32S 2）未校正系統(tǒng)的頻域特性的測(cè)試本實(shí)驗(yàn)將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號(hào)發(fā)生器，實(shí)驗(yàn)開始后，將按頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置表規(guī)定的頻率值，按序自動(dòng)產(chǎn)生多種頻率信號(hào)，OUT2輸出施加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端r(t)，然后分別測(cè)量被測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的閉環(huán)對(duì)數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)運(yùn)算后在虛擬示波器中顯示。未校正系統(tǒng)頻域特性測(cè)試的模擬電路圖見圖3

25、-3-2。圖3-3-2 未校正系統(tǒng)頻域特性測(cè)試的模擬電路圖 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-3-2安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線表如下。 （a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S3，S113A3S1，S64A6S4，S8，S95B5S-ST1信號(hào)輸入r(t)B2（OUT2）A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2A（OUTA）A6（H1）4負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）5運(yùn)放級(jí)聯(lián)A6（OUT）A3（H1）6幅值測(cè)量A3（OUT） B7（IN4）7相位測(cè)量A3（OUT） A8（CIN1

26、）8A8（COUT1） B8（IRQ6）（3）運(yùn)行、觀察、記錄：將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入，運(yùn)行LABACT程序，在界面的自動(dòng)控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇二階系統(tǒng)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，則進(jìn)行頻率特性測(cè)試。詳見第3.2 節(jié)線性控制系統(tǒng)的頻域分析。圖3-3-2的被測(cè)二階系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻曲線見圖3-3-3和圖3-3-4所示。相位裕度穿越頻率c圖3-3-3 未校正系統(tǒng)的相頻特性曲線校正后期望穿越頻率c-Lc（m）圖3-3-4 未校正系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線在未校正系統(tǒng)模擬電路的相頻特性曲線上可測(cè)得未校正系統(tǒng)頻域特性：穿越頻率c= 9

27、.4 rad/s， 相位裕度=18.9° 3）超前校正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 在未校正系統(tǒng)模擬電路的開環(huán)相頻特性曲線（圖3-3-3）上測(cè)得未校正系統(tǒng)的相位裕度=18.9°。 如果設(shè)計(jì)要求校正后系統(tǒng)的相位裕度=52°，則網(wǎng)絡(luò)的最大超前相位角必須為： ，。其中為考慮到時(shí)，所需減的角度，一般取5°10°。 據(jù)式 3-3-3 可計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)： 據(jù)式 3-3-4 可計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的最大超前相位角處的對(duì)數(shù)幅頻值為： 在系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線（圖3-3-4）上，可測(cè)得時(shí)的角頻率=14.4 rad/s ，該角頻率應(yīng)是網(wǎng)絡(luò)的最大超前角頻率，這亦是串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的零分貝頻率

28、。 據(jù)式 3-3-5可計(jì)算出計(jì)算串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：， 據(jù)式 3-3-2 令 C=1u， 計(jì)算出：R4=155K， R5=38.7K超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為： （3-3-7）為了補(bǔ)償接入超前校正網(wǎng)絡(luò)后，被校正系統(tǒng)的開環(huán)增益要下降a倍，必須另行提高系統(tǒng)的開環(huán)增益增益a倍。因?yàn)閍=5，所以校正后系統(tǒng)另行串入開環(huán)增益應(yīng)等于5的運(yùn)放A5。 4）、串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的頻域特性的測(cè)試串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)頻域特性測(cè)試的模擬電路圖見圖3-3-5。圖3-3-5串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：圖3-3-5 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)頻域特性測(cè)試的模擬電路圖實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測(cè)系統(tǒng)的輸

29、入。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-3-5、圖3-3-6安置短路套與測(cè)孔聯(lián)線表如下。1信號(hào)輸入B2（OUT2）A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2A（OUTA）A6（H1）3負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）4運(yùn)放級(jí)聯(lián)A6（OUT）A3（H1）5幅值測(cè)量A3（OUT） B7（IN4）6相位測(cè)量A3（OUT） A8（CIN1）7A8（COUT1） B8（IRQ6）8/9跨接元件（155K）元件庫A11中可變電阻跨接到A1（OUT）和A10（IN+）之間校正網(wǎng)絡(luò)：參見圖3-3-610/11跨接元件（1u）元件庫A11中可變電阻跨接到A1（OUT）和A10（IN+）之間12/13跨接元件（38.7K）元件庫A11中

30、可變電阻跨接到 A10（IN+）和GND之間14運(yùn)放級(jí)聯(lián)A10（OUT）A5（H1）15運(yùn)放級(jí)聯(lián)A5B（OUTB）A2（H1）（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S3，S113A3S1，S64A5S3，S75A6S4，S8，S96B5S-ST7A10S1圖3-3-6 校正網(wǎng)絡(luò)（部分）連線示意圖（3）運(yùn)行、觀察、記錄：運(yùn)行程序同2未校正系統(tǒng)的頻域特性的測(cè)試。圖3-3-5的串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻曲線見（圖3-3-7）和（圖3-3-8）所示。 校正后穿越頻率c圖3-3-7 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線校正后相位裕度校正后穿越頻率c圖3-3-8 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)相頻曲線在串聯(lián)超前校正后的相頻特性曲線上可測(cè)得串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的頻域特性：穿越頻率c= 14.45 rad/s， 相位裕度=54.5° 測(cè)試結(jié)果表明符合設(shè)計(jì)要求。3）串聯(lián)超前校正系統(tǒng)的時(shí)域特性的測(cè)試串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)時(shí)域特性測(cè)試的模擬電路圖見圖3-3-10。圖3-3-10