工程控制基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)實驗報告

1、電 子 科 技 大 學(xué)實 驗 報 告學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師：實驗地點(diǎn)：工程訓(xùn)練中心三樓 實驗時間：一、實驗室名稱：機(jī)械系測控實驗室 二、實驗項目名稱：二階系統(tǒng)時頻域分析實驗三、實驗學(xué)時：2學(xué)時四、實驗原理： 圖1是典型型二階單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)。圖1 典型型二階單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)型二階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式： 自然頻率（無阻尼振蕩頻率）： 阻尼比： 有二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖2所示。它由積分環(huán)節(jié)（A2單元）和慣性環(huán)節(jié)（A3單元）的構(gòu)成，其積分時間常數(shù)Ti=R1*C1=1秒，慣性時間常數(shù) T=R2*C2=0.1秒。圖2 型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)代入

2、，得到該電路的開環(huán)傳遞函數(shù)為：模擬電路的開環(huán)傳遞函數(shù)代入式，得到該電路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：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)：01，設(shè)R=70k，K=1.43=1.321 計算欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號輸入時的動態(tài)指標(biāo)Mp、tp、ts：（K=25、=0.316、=15.8）超調(diào)量 ： 峰值時間： 調(diào)節(jié)時間：。由于型系統(tǒng)含有一個積分環(huán)節(jié)，它在開環(huán)時響應(yīng)曲線是發(fā)散的，因此欲獲得其開環(huán)頻率特性時，還是需構(gòu)建成閉環(huán)系統(tǒng)，測試其閉環(huán)頻率特性，然后通過公式換算，獲得其開環(huán)頻率特性。 計算欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中的幅值穿越頻率c、相位裕度：幅值穿越頻率： 相位裕

3、度： 值越小，Mp%越大，振蕩越厲害；值越大，Mp%小，調(diào)節(jié)時間ts越長，因此為使二階閉環(huán)系統(tǒng)不致于振蕩太厲害及調(diào)節(jié)時間太長，一般希望：3070本實驗以第3.2.2節(jié)二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線為例，得：c =14.186 =34.93五、實驗?zāi)康模?通過二階系統(tǒng)的時頻域分析驗證課程講授內(nèi)容，加深學(xué)生對理論知識的理解程度，擴(kuò)大學(xué)生視野，掌握基本的頻域圖解方法和時域系統(tǒng)校正方法。2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。3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、阻尼比對過渡過程的影響。4掌握欠阻尼型二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號輸入時的動態(tài)性能指標(biāo)Mp、tp、ts的

4、計算。5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，及在階躍信號輸入時的動態(tài)性能指標(biāo)Mp、tp值，并與理論計算值作比對。6了解和掌握型二階開環(huán)系統(tǒng)中的對數(shù)幅頻特性和相頻特性，實頻特性 和虛頻特性的計算。7了解和掌握欠阻尼型二階閉環(huán)系統(tǒng)中的自然頻率、阻尼比對開環(huán)參數(shù)幅值穿越頻率和相位裕度的影響，及幅值穿越頻率和相位裕度的計算。8研究表征系統(tǒng)穩(wěn)定程度的相位裕度和幅值穿越頻率對系統(tǒng)的影響。9了解和掌握型二階開環(huán)系統(tǒng)對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線、和幅相曲線的構(gòu)造及繪制方法六、實驗內(nèi)容：搭建二階系統(tǒng)，觀察系統(tǒng)時域響應(yīng)曲線，通過調(diào)整電路中可調(diào)電阻的方式改變系統(tǒng)開環(huán)增益和系統(tǒng)阻尼比，觀察開環(huán)

5、增益和阻尼比變化時對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)過程的影響。二階系統(tǒng)的頻域分析，搭建二階系統(tǒng)，通過設(shè)置不同的輸入信號頻率，獲取輸出信號，通過輸入輸出幅值相位變化繪制對數(shù)幅相特性圖和幅相頻率特性圖，并確定，等關(guān)鍵參數(shù)。型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路見圖2，觀察阻尼比對該系統(tǒng)的過渡過程的影響。改變A3單中輸入電阻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)。觀測二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線，測試其諧振頻率、諧振峰值。改變被測系統(tǒng)的各項電路參數(shù)，畫出其系統(tǒng)模擬電路圖，及閉環(huán)頻率特性曲線，並計算和測量系統(tǒng)的諧振頻率及諧振峰值，填入實驗報告。七、實驗器材（設(shè)備、元器件）：LabACTn自控/計控實驗機(jī)八、實驗步驟：（

6、1）構(gòu)造模擬電路：按圖2安置短路套及插孔連線，表如下。（a）安置短路套 （b）插孔連線模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S5，S11，S123A3S8，S111信號輸入B1（OUT1）A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3負(fù)反饋A3（OUT）A1（H2）4運(yùn)放級聯(lián)A3（OUT）A10（H1）56跨接4K、40K、70K元件庫A11中直讀式可變電阻跨接到A2（OUT）和A3（IN）之間7示波器聯(lián)接A10（OUT）B2（CH2）（2）運(yùn)行、觀察、記錄： 分別將（A11）中的直讀式可變電阻分別調(diào)整為4K、40K、70K，選擇線性系統(tǒng)時域分析二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性實驗，確認(rèn)信號參數(shù)默認(rèn)

7、值后，點(diǎn)擊-下載-開始鍵后，實驗運(yùn)行，階躍響應(yīng)曲線見圖3。用示波器觀察在三種增益K下，A10輸出端C(t)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)。（a）01過阻尼階躍響應(yīng)曲線圖3 型二階系統(tǒng)在三種情況下的階躍響應(yīng)曲線（3）構(gòu)造模擬電路。（a）安置短路套 （b）插孔連線模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S5，S11，S123A3S8，S111信號輸入B1（OUT1） A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級聯(lián)A3（OUT）A10（H1）45跨接元件（4K）元件庫A11中可變電阻跨接到A2（OUT）和A3（IN）之間6負(fù)反饋A3（OUT）A1（H2）7測量A10（OUT） B3（ADIN）8示波器聯(lián)接A

8、1（H1）B2（CH1）9A10（OUT）B2（CH2）（4）運(yùn)行、觀察、記錄： 選擇系統(tǒng)的頻域分析二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線，將彈出頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置表，用戶可在設(shè)置表中根據(jù)需要填入各個掃描點(diǎn)角頻率，設(shè)置完后，點(diǎn)擊確認(rèn)后，將彈出頻率特性曲線實驗界面，點(diǎn)擊開始，即可按表中規(guī)定的角頻率值，按序自動產(chǎn)生多種頻率信號，畫出頻率特性曲線。 測試結(jié)束后（約五分鐘），將顯示被測系統(tǒng)的對數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖。諧振頻率r和諧振峰值L(r)的測試： 在閉環(huán)對數(shù)幅頻曲線中，移動L標(biāo)尺和標(biāo)尺到曲線峰值處可讀出諧振頻率、諧振峰值。在閉環(huán)對數(shù)相頻曲線中，移動移動標(biāo)尺到標(biāo)尺線與曲線相交處，可

9、讀出該角頻率的值。 諧振頻率r和諧振峰值L(r)自動搜索點(diǎn)擊搜索諧振頻率鍵，將自動搜索并補(bǔ)充搜索過的點(diǎn)，直到搜索到諧振頻率，自動停止搜索，該點(diǎn)測試成功后，在特性曲線上將出現(xiàn)黃色的點(diǎn)，即諧振頻率r，同時在閉環(huán)幅頻特性曲線圖的右下方顯示出該系統(tǒng)的諧振頻率，在特性曲線圖的右側(cè)顯示該角頻率點(diǎn)的L、Im、Re。圖4界面“顯示選擇”選擇了“閉環(huán)-伯德圖”。注：搜索諧振頻率時，請確保諧振峰值的兩側(cè)各有已測的測試點(diǎn)！諧振頻率值標(biāo)尺值L標(biāo)尺值標(biāo)尺值諧振頻率諧振峰值圖4 被測二階閉環(huán)系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線和幅相曲線九、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：時域分析部分： 計算和觀察被測對象的臨界阻尼的增益K，填入實驗報告。積

10、分常數(shù)Ti慣性常數(shù)T增益K計算值10.10.20.30.50.10.2 畫出階躍響應(yīng)曲線，測量超調(diào)量Mp，峰值時間tp填入實驗報告。（計算值實驗前必須計算出）增益K（A3）慣性常數(shù)T（A3）積分常數(shù)Ti（A2）自然頻率n計算值阻尼比計算值超調(diào)量Mp(%)峰值時間tP計算值測量值計算值測量值250.110.20.3200.10.50.240頻域分析部分：改變開環(huán)增益K（A3）、慣性時間常數(shù)T（A3）、積分常數(shù)Ti（A2），畫出其系統(tǒng)模擬電路圖，及閉環(huán)頻率特性曲線，並計算和測量系統(tǒng)的諧振頻率及諧振峰值，填入實驗報告。開環(huán)增益K（A3）慣性常數(shù)T（A3）積分常數(shù)Ti（A2）諧振頻率（rad/s）諧振

11、峰值L（dB）計算值測量值計算值測量值250.110.20.3200.10.50.2十、實驗結(jié)論：十一、總結(jié)及心得體會：十二、對本實驗過程及方法、手段的改進(jìn)建議： 報告評分：指導(dǎo)教師簽字： 電 子 科 技 大 學(xué)實 驗 報 告學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師：實驗地點(diǎn)：工程訓(xùn)練中心三樓 實驗時間：一、實驗室名稱：機(jī)械系測控實驗室 二、實驗項目名稱：頻域法串聯(lián)超前校正三、實驗學(xué)時：2學(xué)時四、實驗原理： 超前校正的原理是利用超前校正網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性，使中頻段斜率由-40dB/dec變?yōu)?20 dB /dec并占據(jù)較大的頻率范圍，從而使系統(tǒng)相角裕度增大，動態(tài)過程超調(diào)量下降；并使系統(tǒng)開環(huán)截止頻率增大，

12、從而使閉環(huán)系統(tǒng)帶寬也增大，響應(yīng)速度也加快。超前校正網(wǎng)絡(luò)的電路圖及伯德圖見圖1。 圖1 超前校正網(wǎng)絡(luò)的電路圖及伯德圖超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為： 網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)為： ， 在設(shè)計超前校正網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)使網(wǎng)絡(luò)的最大超前相位角盡可能出現(xiàn)在校正后的系統(tǒng)的幅值穿越頻率c處，即m=c。 網(wǎng)絡(luò)的最大超前相位角為： 或為： 處的對數(shù)幅頻值為： 網(wǎng)絡(luò)的最大超前角頻率為： 從式可知，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，因此為了保持與系統(tǒng)未校正前的開環(huán)增益相一致，接入超前校正網(wǎng)絡(luò)后，必須另行提高系統(tǒng)的開環(huán)增益a倍來補(bǔ)償。五、實驗?zāi)康模?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)的對數(shù)幅頻特性和相頻特性完成

13、超前校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)的計算。3掌握在被控系統(tǒng)中如何串入超前校正網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一個性能滿足指標(biāo)要求的新系統(tǒng)的方法。六、實驗內(nèi)容：1觀測被控系統(tǒng)的開環(huán)對數(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)計校正參數(shù)，構(gòu)建校正后系統(tǒng)。2觀測校正前、后的時域特性曲線，並測量校正后系統(tǒng)的相位裕度、超調(diào)量Mp、峰值時間tP。3改變 “校正后系統(tǒng)的相位裕度”要求,設(shè)計校正參數(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，觀測校正后相位裕度、超調(diào)量Mp、峰值時間tP填入實驗報告。注：在進(jìn)行本實驗前應(yīng)熟練掌握使用本實驗機(jī)的二階系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性和相頻特性的測試方法。七、實驗器材

14、（設(shè)備、元器件）：LabACTn自控/計控實驗機(jī)八、實驗步驟：1未校正系統(tǒng)的時域特性的測試 未校正系統(tǒng)模擬電路圖見圖3-3-2。圖2 未校正系統(tǒng)模擬電路圖圖2未校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：實驗步驟： （1） 構(gòu)造模擬電路：按圖2安置短路套及插孔連線，表如下。（a）安置短路套 （b）插孔連線模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S4，S113A6S3，S8，S101信號輸入B1（OUT1）A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級聯(lián)A2（OUT）A6（H1）4負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）5運(yùn)放級聯(lián)A6（OUT）A10（H1）6示波器聯(lián)接A10（OUT）B2（CH2）7頻域特性測試A

15、10（OUT）B3（ADIN）（2） 運(yùn)行、觀察、記錄：選擇頻域法串聯(lián)超前校正超前校正前時域測試，確認(rèn)信號參數(shù)默認(rèn)值后，點(diǎn)擊下載、開始鍵后，實驗運(yùn)行，階躍響應(yīng)曲線見圖3。移動游標(biāo)測量其超調(diào)量、峰值時間及調(diào)節(jié)時間。圖3 未校正系統(tǒng)的時域特性曲線在未校正系統(tǒng)的時域特性特性曲線上可測得時域特性：超調(diào)量Mp=59% 峰值時間tp= 0.336S 調(diào)節(jié)時間ts=1.8S(=5時)2未校正系統(tǒng)的頻域特性的測試未校正系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖見圖4，與圖2比較，該圖只是增加了A10（OUT）B3（ADIN）插孔連線，其余均相同。圖4 未校正系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖 實驗步驟： （1） 構(gòu)造模擬電路：（

16、略） （2） 運(yùn)行、觀察、記錄： 選擇頻域法串聯(lián)超前校正超前校正前頻域測試，將彈出頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置表，用戶可在設(shè)置表中根據(jù)需要填入各個掃描點(diǎn)角頻率，設(shè)置完后，點(diǎn)擊確認(rèn)后，將彈出頻率特性曲線實驗界面，點(diǎn)擊開始，即可按表中規(guī)定的角頻率值，按序自動產(chǎn)生多種頻率信號，畫出頻率特性曲線。 測試結(jié)束后（約五分鐘），將顯示被測系統(tǒng)的對數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖），見圖5所示（該圖界面“顯示選擇”選擇了“開環(huán)-伯德圖”）。 在開環(huán)對數(shù)幅頻曲線中，移動L標(biāo)尺線到曲線處，再移動標(biāo)尺到曲線與相交處，從曲線圖左下角讀出，從開環(huán)對數(shù)相頻曲線中，移動標(biāo)尺線到標(biāo)尺線與曲線相交處，從曲線圖左下角可

17、讀出該角頻率的，計算出相位裕度，見圖5。測得未校正系統(tǒng)頻域特性：穿越頻率c= 9.49rad/s， 相位裕度=19相位裕度穿越頻率c圖5 未校正系統(tǒng)開環(huán)伯德圖3超前校正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計 在未校正系統(tǒng)模擬電路的開環(huán)伯德圖（圖5）上測得未校正系統(tǒng)的相位裕度=19。 如果設(shè)計要求校正后系統(tǒng)的相位裕度=52則網(wǎng)絡(luò)的最大超前相位角必須為：，。其中為考慮所減的角度，一般取510。 據(jù)式 3-3-3 可計算出網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)： 據(jù)式 3-3-4 可計算出網(wǎng)絡(luò)的最大超前相位角處的對數(shù)幅頻值為： 在系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線（圖5）上，移動L標(biāo)尺到處，再移動標(biāo)尺到曲線與相交處，從曲線圖左下角可讀出角頻率=14.4 rad/s ，

18、見圖6，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。期望校正后穿越頻率c-Lc（m）圖6 未校正系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線可計算出計算串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：， 令 C=1u， 計算出：R4=155K， R5=38.7K超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為： 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。因為a=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A4。 4、串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的頻域特性的測試串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖見圖7。圖7 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖圖7串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：圖

19、8校正網(wǎng)絡(luò)（部分）連線示意圖實驗步驟： （1） 構(gòu)造模擬電路：按圖7、圖8安置短路套與插孔連線表如下。（a）安置短路套 （b）插孔連線1信號輸入B1（OUT1）A1（H1）23跨接元件（155K）元件庫A11中可變電阻跨接到A1（OUT）和A12（H+）之間校正網(wǎng)絡(luò)：參見圖3-3-845跨接元件（1u）元件庫A11中1u電容跨接到可變電阻兩端67跨接元件（38.7K）元件庫A11中可變電阻跨接到 A12（H+）和GND之間8運(yùn)放級聯(lián)A12（OUT）A4（H1）9運(yùn)放級聯(lián)A4（OUT）A8（H1）10運(yùn)放級聯(lián)A8（OUT）A2（H1）11運(yùn)放級聯(lián)A2（OUT）A6（H1）12運(yùn)放級聯(lián)A6（OUT

20、）A10（H1）13負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）14頻域特性測試A10（OUT） B3（ADIN）15示波器聯(lián)接A10（OUT）B2（CH2）模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S4，S113A6S3，S8，S104A4S3，S105A12S1（2） 運(yùn)行、觀察、記錄：選擇頻域法串聯(lián)超前校正超前校正后頻域測試，運(yùn)行同2未校正系統(tǒng)的頻域特性的測試。圖7的串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線（伯德圖）見圖9所示。在串聯(lián)超前校正后的對數(shù)幅頻曲線中，移動L標(biāo)尺線到曲線處，再移動標(biāo)尺到曲線與相交處，從曲線圖左下角讀出，從開環(huán)對數(shù)相頻曲線中，移動標(biāo)尺線到標(biāo)尺線與曲線相交處，從曲線圖左下角讀出該角

21、頻率的，計算出相位裕度，見圖9。測得串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的頻域特性：穿越頻率c= 14.42 rad/s，相位裕度。校正后穿越頻率c校正后相位裕度 圖9 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的伯德圖 測試結(jié)果表明基本符合設(shè)計要求。5、串聯(lián)超前校正系統(tǒng)后的時域特性的測試串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)時域特性測試的模擬電路圖見圖10，與圖7比較，該圖只是減少了A10（OUT）B3（ADIN）插孔連線，其余均相同。圖10 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)時域特性測試的模擬電路圖實驗步驟：（1） 構(gòu)造模擬電路：（略） （2） 運(yùn)行、觀察、記錄：選擇頻域法串聯(lián)超前校正超前校正后時域測試，運(yùn)行同1、未校正系統(tǒng)時域特性的測試，校正后系統(tǒng)的時域特性見圖1

22、1，移動游標(biāo)測量其超調(diào)量、峰值時間及調(diào)節(jié)時間，測得時域特性：超調(diào)量Mp= 18.1% 調(diào)節(jié)時間ts= 0.38S(=5時) 峰值時間tp=0.2S 測試結(jié)果表明基本符合設(shè)計要求。圖11 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的時域特性曲線九、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：按下表“校正后系統(tǒng)的相位裕度”設(shè)計校正參數(shù)，構(gòu)建校正后系統(tǒng)，畫出串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)模擬電路圖，及校正前、后的時域特性曲線，並觀測校正后系統(tǒng)的相位裕度、超調(diào)量Mp，峰值時間tP填入實驗報告。相位裕度（設(shè)計目標(biāo)）測 量 值相位裕度超調(diào)量Mp(%)峰值時間tp50406070十、實驗結(jié)論：十一、總結(jié)及心得體會：十二、對本實驗過程及方法、手段的改進(jìn)建議： 報告評分

23、：指導(dǎo)教師簽字： 電 子 科 技 大 學(xué)實 驗 報 告學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師：實驗地點(diǎn)：工程訓(xùn)練中心三樓 實驗時間：一、實驗室名稱：機(jī)械系測控實驗室 二、實驗項目名稱：直流電機(jī)PID控制三、實驗學(xué)時：2學(xué)時四、實驗原理： 直流電機(jī)系統(tǒng)的由電機(jī)驅(qū)動功率放大器、調(diào)節(jié)器、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測傳感器、F/V轉(zhuǎn)換器等組成，組成框圖如圖1所示。圖1 直流電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成框圖直流電機(jī)是典型的型系統(tǒng)，其開環(huán)傳函為： 其頻率特性主要由電磁時間常數(shù)Tl和機(jī)電時間Tm來決定，在一定條件下可分解成兩個一階慣性環(huán)節(jié)。根據(jù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性設(shè)計準(zhǔn)則，可以采用PD控制器（不是唯一的校正方法）來對系統(tǒng)進(jìn)行校正，即利用

24、PD中的比例微分部分來對消直流伺服系統(tǒng)中時間常數(shù)大的一個極點(diǎn)，并使系統(tǒng)的伯德圖以-20dB/DEC的斜率穿越0分貝線，滿足穩(wěn)定性的要求。 直流電機(jī)系統(tǒng)的電器原理圖如圖2所示。圖2 直流電機(jī)電器原理圖五、實驗?zāi)康模和ㄟ^直流電機(jī)PID控制實驗，加深學(xué)生對控制理論中穩(wěn)定性、頻率特性等知識的理解，掌握基本的頻域設(shè)計方法。六、實驗內(nèi)容：（1）構(gòu)造直流電機(jī)本體：按圖安置短路套及插孔連線；（2）運(yùn)行、觀察、記錄直流電機(jī)本體頻率特性；（3）構(gòu)造模擬PD控制器；（4）構(gòu)造負(fù)反饋電路；（5）根據(jù)觀查得到的電機(jī)本體特性，配置PD控制器的時間常數(shù)；調(diào)整PD控制器的增益；用階躍信號激勵如圖2所示的直流電機(jī)實驗系統(tǒng)，觀察系統(tǒng)的時域響應(yīng)；設(shè)置合適的PD控制器增益使超調(diào)不超過30%。七、實驗器材（設(shè)備、元器件）：LabACTn自控/計控實驗機(jī)八、實驗步驟：（1）構(gòu)造直流電機(jī)本體：按圖安置短路套及插孔連線，表如下。（a）插孔連線 1控制器輸出（AOUT1） A8（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A8（OUT）C2（電機(jī)輸入）3數(shù)據(jù)采集C2（測速輸出） B2（CH2）4控制輸出顯示B4（AOUT1）B2（CH1）（2）運(yùn)行、觀察、記錄直流電機(jī)本體頻率特性： 直流電機(jī)可看作是由二個慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的被控對象，因此可采用二點(diǎn)法確定被控對象參數(shù)。對象開環(huán)辨識時，須把B1（OUT1）C2（