自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告1

1、自動(dòng)控制原理報(bào)告學(xué) 院 : 核技術(shù)與自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè) : 電氣工程及其自動(dòng)化班 級 : 2011060505班學(xué) 號 : 3201106050504姓 名 : 指導(dǎo)老師 : 陽小燕完成時(shí)間 : 2014年5月20日自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告第一章 LabACT自控/計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)成及說明1.1 構(gòu)成主實(shí)驗(yàn)板外形尺寸為35厘米×47厘米，主實(shí)驗(yàn)板的布置簡圖見圖1-1-1所示。圖1-1-1 主實(shí)驗(yàn)板的布置簡圖實(shí)驗(yàn)區(qū)組成A實(shí)驗(yàn)區(qū)模擬運(yùn)算單元有六個(gè)模擬運(yùn)算單元，每單元由多組電阻、或電容構(gòu)成的輸入回路、反饋回路和12個(gè)運(yùn)算放大器組成。A1A6模擬運(yùn)算擴(kuò)充庫包括校正網(wǎng)絡(luò)庫（A7）、整形模塊（A8），

2、可調(diào)零放大器（A9），放大器（A10）和2個(gè)0999.9K的直讀式可變電阻、2個(gè)電位器及多個(gè)電容（A11）。A7A11B實(shí)驗(yàn)區(qū)手控階躍信號發(fā)生器由手控階躍發(fā)生（0/+5v、-5v/+5v），幅度控制（電位器），非線性輸出組成。B1函數(shù)發(fā)生器含有十種（可選擇）波形輸出：矩形波、正弦波、斜坡、方波輸出，方波/正弦波、矩形波/正弦波同時(shí)輸出，繼電特性、飽和特性、死區(qū)特性及間隙特性等非線性輸出。B5數(shù)模轉(zhuǎn)換器八位數(shù)/模轉(zhuǎn)換，輸出有0+5v、-5v+5v二個(gè)測孔供選擇。B2模數(shù)轉(zhuǎn)換器八位模/數(shù)轉(zhuǎn)換，其中有2個(gè)通道為0+5v輸入，有2個(gè)通道為-5v+5v輸入。B7定時(shí)器/中斷單元有8253定時(shí)器中的計(jì)數(shù)器

3、1、計(jì)數(shù)器2， 有中斷控制器8259中的IRQ5，IRQ6中斷輸入，固定時(shí)鐘（1.229MHz）輸出。B8采樣/保持器采樣/保持器LF398，單穩(wěn)態(tài)電路4538B4虛擬示波器2個(gè)通道模擬信號輸入，輸入信號可不衰減輸入，也可衰減5倍后輸入。B3基準(zhǔn)電壓單元+Vref（+5.00v），-Vref（-5.00v）B6C實(shí)驗(yàn)區(qū)步進(jìn)電機(jī)模塊步進(jìn)電機(jī)35BY48C1直流電機(jī)模塊直流電機(jī)BY25，直流電壓驅(qū)動(dòng)，脈沖測速及電壓測速輸出。C2溫控模塊模擬電壓加熱及脈寬控制加熱，熱敏電阻測溫。C3外設(shè)接口模塊6路開關(guān)量輸入和8路開關(guān)量輸出，TTL電平兼容。1路測溫傳感器（鉑電阻PT100）輸入及控制固態(tài)繼電器輸出

4、。C4D實(shí)驗(yàn)區(qū)顯示與功能選擇5位8段數(shù)碼管、四個(gè)功能選擇按鍵和16個(gè)指示燈。具有獨(dú)立于實(shí)驗(yàn)機(jī)的CPU控制模塊，提供控制對象輸出顯示，提供函數(shù)發(fā)生器（B5）的輸出切換控制和輸出數(shù)據(jù)顯示。 D1一A實(shí)驗(yàn)區(qū)1模擬運(yùn)算單元 （A1A6） 模擬運(yùn)算單元 A1A6布置圖見圖1-1-1，圖中S1-S13均為跨接座，當(dāng)用戶選中模擬運(yùn)算單元的某一參數(shù)的電阻、電容作輸入回路和反饋回路構(gòu)成一個(gè)模擬電路時(shí)，在該元件的左邊相對應(yīng)的跨接座上插上白色短路套即可，直觀方便。 六個(gè)模擬運(yùn)算單元實(shí)現(xiàn)原理基本相同，只是運(yùn)放各輸入回路及各反饋回路引入的電阻、電容的參數(shù)和連接方式各不相同。六個(gè)模擬運(yùn)算單元的各參數(shù)已經(jīng)合理設(shè)計(jì)，組合使用

5、可以滿足本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中提供的全部實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，而無需外接電阻或電容，有效的簡化了實(shí)驗(yàn)操作。各信號接入點(diǎn)及輸出點(diǎn)均引出標(biāo)準(zhǔn)插孔供接線用。H1、H2為模擬運(yùn)算單元的輸入插孔，IN為運(yùn)算放大器負(fù)端輸入(反饋與輸入相加點(diǎn))插孔， OUT為模擬運(yùn)算單元的輸出插孔。2模擬運(yùn)算擴(kuò)充庫 （A7A11）模擬運(yùn)算擴(kuò)充庫 A7A11布置圖見圖1-1-1。模擬運(yùn)算擴(kuò)充庫包括校正網(wǎng)絡(luò)庫（A7）、整形模塊（A8），可調(diào)零放大器（A9），放大器（A10）和2個(gè)0999.9K的直讀式可變電阻、2個(gè)電位器及多個(gè)電容（A11），可以靈活搭建多種不同參數(shù)的系統(tǒng)。校正網(wǎng)絡(luò)庫（A7）在不同的跨接座上插上白色短路套即可構(gòu)成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)

6、、積分環(huán)節(jié)、比例積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)、比例微分積分環(huán)節(jié)，用戶可按不同的需求構(gòu)成各種校正環(huán)節(jié)。C1、C2、C3插孔為了擴(kuò)充電容用。在第3.3節(jié) 線性系統(tǒng)的校正中將詳細(xì)說明。整形模塊中有二組整形器，其中CIN1/2為輸入插孔，COUT1/2為輸出插孔。二D和B實(shí)驗(yàn)區(qū)1顯示與功能選擇模塊（D1）及函數(shù)發(fā)生器（B5）D1實(shí)驗(yàn)區(qū)是一個(gè)顯示與功能選擇模塊，它主要由5位8段數(shù)碼管、四個(gè)功能選擇按鍵和16個(gè)指示燈、3個(gè)測試孔組成。D1實(shí)驗(yàn)區(qū)是獨(dú)立于實(shí)驗(yàn)機(jī)的CPU控制模塊，提供控制對象輸出顯示，並實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器（B5）的十種（可選擇）波形輸出切換控制和顯示。（1） 輸入信號測量上排左按鍵循環(huán)控制輸入信號的測量

7、，包括電壓（-5V+5V）、電壓（0+5V）、頻率、溫度和直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量。每按一次按鍵，指示燈向右循環(huán)切換，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的測量信息。信號的輸入口為模塊中的“電壓測量”和“頻率測量”3個(gè)測試孔。指示燈和數(shù)碼管的輸出數(shù)據(jù)顯示對應(yīng)關(guān)系表見表1-2-1。表1-2-1 指示燈和數(shù)碼管的顯示對應(yīng)關(guān)系表項(xiàng)目內(nèi)容指示燈輸入測試孔數(shù)據(jù)顯示單位（-5V+5V）電壓測量電壓（-5V+5V）電壓測量（-5V+5V）(-)X.XXV（0+5V）電壓測量電壓（0+5V）電壓測量（0+5V）X.XXV頻率測量頻率頻率測量XXX .XHzC3模塊溫度值溫度電壓測量（0+5V）XX.XC2模塊直流電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速頻率測量X.X

8、XX千轉(zhuǎn)/分（2） 函數(shù)發(fā)生器波形輸出切換控制和顯示選擇下排左、右按鍵循環(huán)切換控制輸出波形，包括矩形波、正弦波、斜坡、方波、繼電特性、飽和特性、死區(qū)特性和間隙特性的切換控制。每按一次下排左按鍵，指示燈向左循環(huán)切換，每按一次下排右按鍵，指示燈向右循環(huán)切換，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的波形信息。上排右按鍵循環(huán)切換控制輸出波形，包括矩形波/正弦波和方波/正弦波同時(shí)發(fā)生。2函數(shù)發(fā)生器（B5）函數(shù)發(fā)生器（B5）是各函數(shù)及波形發(fā)生的控制和輸出模塊，它含有十種（可選擇）波形輸出，有4個(gè)函數(shù)波形調(diào)節(jié)電位器、1個(gè)波形量程選擇開關(guān)和各函數(shù)發(fā)生的輸出口組成。各波形和函數(shù)的輸出選擇在（D1）模塊中選擇設(shè)置。各波形的切換控制和顯示

9、見表1-2-2。 矩形波：下排按鍵選擇“矩形波”，指示燈亮，函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“矩形波輸出”測孔輸出矩形波，左邊2個(gè)數(shù)碼管顯示矩形波正脈沖的寬度“X.X”或“XX”（秒）, 由“設(shè)定電位器1”控制相應(yīng)的正脈沖輸出寬度；此外，（B5）模塊中的“量程選擇”開關(guān)還可控制正脈沖輸出寬度量程（見表1-2-2）。右邊3個(gè)數(shù)碼管顯示矩形波的幅度“X.XX”(伏)，由（B5）模塊中的“矩形波調(diào)幅”電位器控制變化幅度。注1：只有把函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊左下角的“S-ST” 跨接座上套上短路套后，在“矩形波輸出”測孔才有矩形波輸出。注2：“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，與正脈沖輸出寬

10、度值無關(guān)；“量程選擇”開關(guān)置于上檔時(shí)，其零輸出寬度與正脈沖輸出寬度值相等。 正弦波：下排按鍵選擇“正弦波”，指示燈亮，函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“正弦波輸出”測孔輸出正弦波，左邊2個(gè)數(shù)碼管顯示正弦波的振幅“X.X”(V),由（B5）模塊中的“正弦波調(diào)幅”電位器控制變化幅度；右邊3個(gè)數(shù)碼管顯示正弦波的頻率“X.XX”或“XX.X”（Hz），由“設(shè)定電位器2”控制相應(yīng)的輸出頻率；此外，（B5）模塊中的“量程選擇”開關(guān)還可控制正弦波的頻率輸出量程（見表1-2-2）。序號波形類型函數(shù)發(fā)生器取值及顯示左顯示及范圍電位器調(diào)節(jié)右顯示及范圍電位器調(diào)節(jié)1矩形波寬度上0.01S1S設(shè)定電位器1幅度（0V6V）矩形

11、波調(diào)幅下0.1S10S2正弦波振幅值(06V)正弦波調(diào)幅頻率上0.1Hz2Hz設(shè)定電位器2下0.8Hz50Hz3斜坡斜率(0.48)設(shè)定電位器1寬度(0.5S10S)4方波頻率(2.4Hz250Hz)設(shè)定電位器15繼電幅值(0V6V)設(shè)定電位器16飽和斜率(0.15.1)設(shè)定電位器1限幅(0V6V)設(shè)定電位器27死區(qū)斜率(0.15.1)設(shè)定電位器1死區(qū)寬度(0V5V)設(shè)定電位器28間隙斜率(0.15.1)設(shè)定電位器1間隙寬度(0V5V)設(shè)定電位器29矩形/正弦波詳見本節(jié)第、點(diǎn)說明10方波/正弦波 斜坡：下排按鍵選擇“斜坡”，指示燈亮，函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“斜坡輸出”孔輸出斜坡波形。斜坡輸

12、出的幅度為4V，左邊2個(gè)數(shù)碼管顯示斜坡信號的斜率X.X，右邊3個(gè)數(shù)碼管顯示斜坡的信號的寬度X.XX，由（B5）模塊中的“設(shè)定電位器1”控制相應(yīng)的斜率。 方波：下排按鍵選擇“方波”，指示燈亮，函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“方波輸出”孔輸出方波。數(shù)碼管顯示方波頻率“XXX.X”（Hz），由（B5）模塊中的 “設(shè)定電位器1”控制相應(yīng)的輸出頻率，幅度為3V。 繼電特性：下排按鍵選擇“繼電”，指示燈亮，將信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器中心Y測孔作為非線性-5V+5V輸入信號接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測孔，（B1）單元的K3開關(guān)撥上（-5V）， K4開關(guān)也撥上（+5V），（B5）單元中

13、的“非線性輸出”測孔信號輸出繼電特性；數(shù)碼管顯示繼電特性的幅值“X.XX”（V），由（B5）模塊中的 “設(shè)定電位器1”控制相應(yīng)的輸出幅值。 飽和特性：下排按鍵選擇“飽和”，指示燈亮，將信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器中心Y測孔作為非線性-5V+5V輸入信號接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測孔，（B1）單元的K3開關(guān)撥上（-5V）， K4開關(guān)也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測孔信號輸出飽和特性；左邊2個(gè)數(shù)碼管顯示飽和特性線性區(qū)的斜率“X.X”,由（B5）模塊中的“設(shè)定電位器1”設(shè)定斜率；右邊3個(gè)數(shù)碼管顯示飽和輸出的限幅值“X.XX”（V），由（B5）模塊中的“設(shè)定電

14、位器2”設(shè)定輸出限幅值。 死區(qū)特性：下排按鍵選擇“死區(qū)”，指示燈亮，將信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器中心Y測孔作為非線性-5V+5V輸入信號接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測孔，（B1）單元的K3開關(guān)撥上（-5V）， K4開關(guān)也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測孔信號輸出死區(qū)特性；左邊2個(gè)數(shù)碼管顯示死區(qū)特性線性區(qū)的斜率“X.X”,由（B5）模塊中的“設(shè)定電位器1”設(shè)定斜率；右邊3個(gè)數(shù)碼管顯示死區(qū)寬度“X.XX”（V），由（B5）模塊中的“設(shè)定電位器2”設(shè)定死區(qū)寬度。 間隙特性：下排按鍵選擇“間隙”，指示燈亮，將信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器中心Y測孔作為非線性

15、-5V+5V輸入信號接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測孔，（B1）單元的K3開關(guān)撥上（-5V）， K4開關(guān)也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測孔信號輸出間隙特性；左邊2個(gè)數(shù)碼管顯示間隙特性線性區(qū)的斜率“X.X”,由（B5）模塊中的“設(shè)定電位器1”設(shè)定斜率；右邊3個(gè)數(shù)碼管顯示間隙寬度“X.XX”（V），由（B5）模塊中的“設(shè)定電位器2”設(shè)定間隙寬度。 矩形波/正弦波：上排右按鍵選擇“矩形波/正弦波”，指示燈亮，（B5）模塊“矩形波輸出”測孔和“正弦波輸出”測孔同時(shí)有輸出，矩形波的指示燈也亮，數(shù)碼管顯示矩形波的信息。若要觀察正弦波的信息，再按一次上排右按鍵，正弦波的指示燈

16、亮，數(shù)碼管顯示正弦波的信息（波形的控制調(diào)節(jié)與單一波形發(fā)生控制相同）。 方波/正弦波：上排右按鍵選擇“方波/正弦波”，指示燈亮，（B5）模塊“方波輸出”測孔和“正弦波輸出”測孔同時(shí)有輸出，方波的指示燈也亮，數(shù)碼管顯示方波的信息。若要觀察正弦波的信息，再按一次上排右按鍵，“正弦波”的指示燈亮，同時(shí)，正弦波數(shù)碼管顯示正弦波的信息（波形的控制調(diào)節(jié)與單一波形發(fā)生控制相同）。注1：顯示與功能選擇模塊（D1）右上角的電位器RP5用于調(diào)整該模塊的基準(zhǔn)電壓（+2.40V）。注2：函數(shù)發(fā)生器（B5）右下角的調(diào)零電位器用于調(diào)整正弦波輸出的基準(zhǔn)零位。上電總清或按復(fù)位鍵總清后，把“正弦波調(diào)幅”電位器調(diào)到最大，然后調(diào)整調(diào)

17、零電位器，使“正弦波輸出”測孔輸出直流電壓為零，即正弦波輸出的基準(zhǔn)零位調(diào)整成功。注3：上電總清或按“復(fù)位”鍵總清后，數(shù)碼管顯示矩形波信息,矩形波有輸出2秒寬度的波形，其他波無輸出。3手控階躍信號發(fā)生器 （B1）信號發(fā)生器由手控階躍發(fā)生器（B1-1），幅度控制（B1-2）和非線性輸出（B1-3）組成。 手控階躍發(fā)生模塊由按鈕SB2、L9燈及二個(gè)測孔組成。在B1-1模塊中，當(dāng)按鈕SB2按下時(shí)，L9燈亮，其0/+5V測孔將從0V階躍成+5V，-5V/+5V測孔將從-5V階躍成+5V；當(dāng)按鈕彈出時(shí)，L9燈滅，其輸出狀態(tài)相反。（注：該按鈕是一個(gè)帶鎖開關(guān)，如要改變狀態(tài)必須再按一次） 幅度控制模塊由開關(guān)K3

18、、開關(guān)K4和電位器組成。開關(guān)K3的上端已連接了-5V，下端已連接了GND；開關(guān)K4的上端已連接了+5V，下端已連接了0/+5V階躍信號輸出。B1-2模塊可以有三種狀態(tài)輸出： K3開關(guān)撥下，K4開關(guān)撥上，在電位器的Y測孔可得到0+5V連續(xù)可調(diào)電壓輸出。 K3開關(guān)撥上，K4開關(guān)也撥上，在電位器的Y測孔可得到-5V+5V連續(xù)可調(diào)電壓輸出。 K3開關(guān)撥下，K4開關(guān)也撥下，在電位器的Y測孔將得到手控連續(xù)可調(diào)0+5V階躍信號。非線性發(fā)生模塊是利用二極管的非線性特性形成非線性輸出，IN為輸入測孔 ，OUT為輸出測孔。4數(shù)模轉(zhuǎn)換器（B2） 本實(shí)驗(yàn)機(jī)采用ADC0832作為數(shù)/模轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)8bit數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換為

19、模擬量。數(shù)字00FFH輸入，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后OUT1測孔輸出為0+5V模擬量。經(jīng)運(yùn)放處理后，在OUT2測孔輸出為-5V +5V。5虛擬示波器（B3） 提供兩通道模擬信號輸入CH1和CH2測孔，配合上位機(jī)軟件的示波器窗口，可以實(shí)現(xiàn)波形的顯示、存儲，可以有效的觀察實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)信號的波形。詳見本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第二章所述。虛擬示波器每個(gè)輸入通道都配有量程開關(guān)，當(dāng)量程開關(guān)撥到×1位置，表示輸入不衰減，輸入范圍-5V+5V，如果超出此范圍，應(yīng)把量程開關(guān)撥到×5位置，此時(shí)輸入信號將被衰減5倍。6采樣/保持器（B4） B4模塊包含兩組采樣/保持器。采用LF398實(shí)現(xiàn)保持，輸入、輸出電平范圍為

20、77;12V?！癐N”測孔為輸入端；“PU”測孔為采樣控制端，高電平采樣，低電平保持。單穩(wěn)態(tài)電路4538完成脈沖整形，“A”測孔為輸入端（0/+5V上升沿），“Q”測孔為輸出端（100S正脈沖）。7模數(shù)轉(zhuǎn)換器（B7）本實(shí)驗(yàn)機(jī)采用DAC0809作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)8bit數(shù)字輸出。其中“IN4和IN5”測孔為0+5V模擬量輸入，“IN6和IN7”測孔為-5V+5V模擬量輸入。8定時(shí)器、中斷單元（B8）本單元提供CPU控制模塊中的定時(shí)器8253的計(jì)數(shù)器1“CLK1”和“T1”測孔（GATE己短接VCC），計(jì)數(shù)器2“CLK1、T2和GATE2”測孔； 提供8259中斷控制器IRQ5和IRQ6測孔為

21、CPU控制模塊的的中斷輸入；固定時(shí)鐘（1.229MHz）脈沖輸出測孔；“A和A”測孔分別為附加反相器（74LS14）的輸入端和輸出端，供用戶作為邏輯信號反相用。9基準(zhǔn)電壓單元（B6） 本單元可提供+Vref（+5.00V）和-Vref（-5.00V）兩種基準(zhǔn)電壓?？梢酝ㄟ^調(diào)整該單元中的W9和W1電位器來調(diào)整基準(zhǔn)電壓。（在出廠時(shí)已調(diào)整好）注意：該單元的測孔不可隨意插線，以免損壞基準(zhǔn)源。第二章 虛擬示波器2.1 虛擬示波器的顯示方式為了滿足自動(dòng)控制不同實(shí)驗(yàn)的要求我們提供了示波器的四種顯示方式。（1）示波器的時(shí)域顯示方式（2）示波器的相平面顯示（X-Y）方式（3）示波器的頻率特性顯示方式有對數(shù)幅頻特

22、性顯示、對數(shù)相頻特性顯示（伯德圖），幅相特性顯示方式（奈奎斯特圖），時(shí)域分析（弧度）顯示方式。 (4) 示波器的計(jì)算機(jī)控制顯示方式 2.2 虛擬示波器的使用一設(shè)置用戶可以根據(jù)不同的要求選擇不同的示波器，具體設(shè)置方法如下：1 示波器的一般用法： 運(yùn)行LABACT程序，選擇工具欄中的單跡示波器項(xiàng)或雙跡示波器項(xiàng)，將可直接彈出該界面。單跡示波器項(xiàng)的頻率響應(yīng)要比雙跡示波器項(xiàng)高。2 實(shí)驗(yàn)使用：運(yùn)行LABACT程序，選擇自動(dòng)控制、微機(jī)控制 、控制系統(tǒng)菜單下的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會彈出相應(yīng)的虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，即可使用CH1、CH2測孔觀察、測量波形，點(diǎn)擊停止后，將停止示波器運(yùn)行，即可進(jìn)行波形分析和相關(guān)的

23、測量（只保存當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的波形）。二示波器的使用1示波器的時(shí)域顯示電壓量程：控制波形Y軸顯示的放大/縮小。零點(diǎn)控制：控制波形顯示的Y軸位移。Y2Y11幅值差率波形關(guān)閉時(shí)間差波形位移波形放大/縮小相平面顯示圖2-2-1 虛擬示波器時(shí)域顯示運(yùn)行界面（數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)曲線）示波器的時(shí)域顯示是指顯示器界面中X軸為時(shí)間t，Y軸為電壓U。見圖2-2-1為示波器的時(shí)域顯示運(yùn)行界面，只要點(diǎn)擊開始，示波器就運(yùn)行了，此時(shí)就可以用實(shí)驗(yàn)機(jī)上的（CH1）和（CH2）來采集、觀察波形。CH1和 CH2各有輸入范圍選擇開關(guān)，當(dāng)輸入電壓小于5V大于+5V時(shí)應(yīng)選用×1檔，如果大于此電壓輸入范圍應(yīng)選用×5擋（表

24、示輸入信號衰減5倍后進(jìn)入示波器）。該顯示界面的下方有一個(gè)“顯示方式”選擇框，提供了示波和X-Y兩種方式。當(dāng)需要是時(shí)域顯示方式時(shí)，應(yīng)選擇框內(nèi)的示波方式選項(xiàng)（通常在彈出示波器界面時(shí)，默認(rèn)為示波方式）。（1）信號幅值測量信號幅值測量：在顯示界面的左右各有一條滑竿標(biāo)尺，用戶點(diǎn)住滑竿標(biāo)尺上、下移動(dòng)到顯示界面中需標(biāo)定的點(diǎn)，此時(shí)滑竿的最右側(cè)的黃色方塊上顯示的數(shù)據(jù)為當(dāng)前測量點(diǎn)的幅值，見圖2-2-1的4.34V和2.5V數(shù)據(jù)顯示。在Y軸上兩條滑竿之間（在顯示界面的左側(cè)）的黃色方塊中顯示的數(shù)據(jù)，為兩個(gè)測量點(diǎn)的幅值差，見圖2-2-1上的v=1.84V。電壓量程：控制波形Y軸顯示的放大/縮小。零點(diǎn)控制：控制波形顯示的

25、Y軸位移。（2）信號時(shí)間測量 移動(dòng)波形在運(yùn)行開始到停止。示波器可能已采樣了多幅波形，因此用戶首先必須點(diǎn)擊顯示界面下方的前一屏或后一屏來獲取顯示所需的畫面，然后再點(diǎn)擊中間的微調(diào)按鈕來調(diào)節(jié)波形至最佳測量狀態(tài)。 壓縮/擴(kuò)展波形在顯示界面的下方有一個(gè)時(shí)間量程選擇框，在框中×2表示波形壓縮了2倍，×4表示波形壓縮了4倍，該功能適用于觀察頻率低、周期長的信號，例如觀察時(shí)間常數(shù)大的積分信號輸出；在框中2表示波形放大了2倍，4表示波形放大了4倍，該功能適用于觀察頻率較高的信號，例如觀察微分信號輸出、階躍輸出的上升時(shí)間等。 信號時(shí)間的測量當(dāng)信號在顯示界面處于最佳測量狀態(tài)后，用戶可以點(diǎn)住顯示界

26、面上下各一條的滑竿，左、右移動(dòng)到波形需標(biāo)定的點(diǎn)的位置，在X軸上兩條滑竿之間的黃色方塊中顯示的數(shù)據(jù)，為兩個(gè)X軸上標(biāo)定點(diǎn)的時(shí)間差，見圖2-2-1上的t=1.200S。2。示波器的相平面顯示（X-Y）使用在示波器的時(shí)域顯示界面下方的顯示方式選擇框中，如用戶選中X-Y選項(xiàng)，則虛擬示波器將提供相當(dāng)于真實(shí)示波器中的X-Y選項(xiàng)，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中的相平面分析實(shí)驗(yàn)。詳見第3.4節(jié)非線性系統(tǒng)的相平面分析。在運(yùn)行中，如果用戶在顯示方式選擇框中，選中示波選項(xiàng)，示波器將轉(zhuǎn)為時(shí)域顯示方式。這樣用戶可以在同一界面上方便地看到系統(tǒng)的時(shí)域顯示和相平面顯示。可按刷新按鈕進(jìn)行波形更新。3示波器的幅頻/相頻/幅相特性顯示使

27、用該方式專為第三章自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)第3.2節(jié)線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析設(shè)計(jì)的。 被測系統(tǒng)某個(gè)頻率點(diǎn)的L、Im、Re等相關(guān)數(shù)據(jù)測量： 閉環(huán)系統(tǒng)諧振頻率，諧振峰值等相關(guān)數(shù)據(jù)的測量： 開環(huán)系統(tǒng)的幅值穿越頻率、相角裕度等相關(guān)數(shù)據(jù)的測量：詳見第3.2節(jié)線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析。4示波器的計(jì)算機(jī)控制顯示使用示波器的計(jì)算機(jī)控制顯示方式可以在示波器顯示界面上進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和修改，該界面顯示方式用于PID算法、最少拍控制、大林算法、溫度控制等實(shí)驗(yàn)。詳見第四六章。5. 虛擬示波器的截圖在虛擬示波器界面上第二排圖標(biāo)工具欄左起第22個(gè)（黃色問號的右邊）加上了示波器的截圖按扭，截圖后需要命名保存，默認(rèn)則保存到C盤AE

28、DK目錄下，格式為BMP圖象文件，可以雙擊直接查看，方便老師學(xué)生直接將保存的圖，粘貼到文檔之中。第三章 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一：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)對典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響二典型環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖及傳遞函數(shù)方 框 圖傳遞函數(shù)比例（P）積分（I）比例積分（PI）比例微分（PD）慣性環(huán)節(jié)（T）比例積分微分（PID） 三實(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)對典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響.。改變被測環(huán)節(jié)的各項(xiàng)電路參數(shù)，畫出模擬電路圖，階

29、躍響應(yīng)曲線，觀測結(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)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會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測孔測量波形。具體用法參見用戶手冊中的示波器部分。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?。?）將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號（OUT），作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸出時(shí)，將自動(dòng)對模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單

30、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安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A5S4，S122B5S-ST1信號輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接×1檔A6（OUT）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，按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕（0+4V階躍），

31、觀測A5B輸出端（Uo）的實(shí)際響應(yīng)曲線Uo（t）見圖3-1-2。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。 圖3-1-2 比例環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)曲線圖 圖3-1-3 慣性環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)曲線實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-1-1所示的被測系統(tǒng)比例系數(shù)，觀測結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。R0R1輸入U(xiǎn)i比例系數(shù)K計(jì)算值測量值200K100K4V0.50.5200K4V1150K100K2V22200K1V44 比例系數(shù)K=0.5 比例系數(shù)K=1 比例系數(shù)K=2 比例系數(shù)K=42)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3-1-4所示。圖3-1-4 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

32、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（OUT），作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸出時(shí)，將自動(dòng)對模擬電路鎖零。 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安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。1信號輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接×1檔A5B（OUTB）B3（CH1）3B5（OUT）B3（CH2）（a）安置短

33、路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號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，按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕時(shí)（0+4V階躍），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。A5B輸出端響應(yīng)曲線Uo(t）見圖3-1-3。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-1-4所示的被測系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)，觀測結(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)算值測量值計(jì)算

34、值測量值200K200K1u4V110.20.22u110.40.3750K100K1u2V220.10.1200K1V420.20.22 比例系數(shù)K=1慣性常數(shù)T=0.2 比例系數(shù)K=1 慣性常數(shù)T=0.4 比例系數(shù)K=2慣性常數(shù)T=0.1 比例系數(shù)K=2 慣性常數(shù)T=0.23)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3-1-5所示。圖3-1-5 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（OUT），代替信號發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號

35、為零輸出時(shí)，將自動(dòng)對模擬電路鎖零。 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壓= 1V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-5安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線1信號輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接×1檔A5B（OUTB）B3（CH1）3B5（OUT）B3（CH2）模塊號跨接座號1A5S4，S102B5S-ST（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 打開虛擬示波器的界

36、面，點(diǎn)擊開始，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。A5B 輸出響應(yīng)曲線Uo(t)見圖3-1-6。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。 積分環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線 比例積分環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-1-5所示的被測系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，觀測結(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)算值測量值200K1u1V0.20.212u0.40.41100K1u0.10.122u0.20.20 積分常數(shù)Ti=0. 2 積分常數(shù)

37、Ti=0.4 積分常數(shù)Ti=0.1 積分常數(shù)Ti=0.24 )觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線 典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-8所示.。圖3-1-8 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?。?）將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號（OUT），作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸出時(shí)將自動(dòng)對模擬電路鎖零。 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

38、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3-1-8安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A5S4，S82B5S-ST1信號輸入（Ui）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接×1檔A5B（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，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

39、標(biāo)到（輸入電壓×比例系數(shù)K×2）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。典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路A5B輸出響應(yīng)曲線Uo(t)見圖3-1-7 。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-1-8所示的被測系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)，觀測結(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)算值測量值計(jì)算值測量值200K200K1u1V110.20.212u110.40.39100K1u220.10.112u220.20.20 比例系數(shù)K=1，積分常數(shù)Ti=0.2 比例系數(shù)K=1，積

40、分常數(shù)Ti=0.4 比例系數(shù)K=2，積分常數(shù)Ti=0.1 比例系數(shù)K=2，積分常數(shù)Ti=0.2 5)觀察比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線為了便于觀察比例微分的階躍響應(yīng)曲線，本實(shí)驗(yàn)增加了一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，其模擬電路如圖3-1-9所示。圖3-1-9 典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路比例微分環(huán)節(jié)+慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)： 微分時(shí)間常數(shù)： 慣性時(shí)間常數(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）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) 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”

41、，使之矩形波寬度1秒左右（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 = 0.5V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-9安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A4S4，S92A6S2，S63B5S-ST1信號輸入(Ui)B5（OUT）A4（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A4（OUT）A6（H1）3示波器聯(lián)接×1檔A6（OUT）B3（CH1）4B5（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀察、記錄：虛擬示波器的時(shí)間量程選4檔。 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用示波器觀測系統(tǒng)的A6輸出端（Uo），響應(yīng)曲線見圖3-1-10

42、。等待完整波形出來后，把最高端電壓（4.77V）減去穩(wěn)態(tài)輸出電壓（0.5V），然后乘以0.632，得到V=2.7V。 移動(dòng)虛擬示波器兩根橫游標(biāo)，從最高端開始到V=2.7V處為止，得到與微分的指數(shù)曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開始到曲線的交點(diǎn)，量得=t=0.048S。 已知KD=10，則圖3-1-9的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時(shí)間常數(shù)：由圖知：V=2.69；u=4.258；u*0.632=V t=0.037S 圖3-1-10 比例微分環(huán)節(jié)模擬電路響應(yīng)曲線6)觀察PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-11所示。圖3-1-11 PID（比例積

43、分微分）環(huán)節(jié)模擬電路典型比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)： 慣性時(shí)間常數(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（OUT），代替信號發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸出時(shí)將自動(dòng)對模擬電路鎖零。 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0.4秒左右（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= 0.3V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-11安置

44、短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A2S4，S82B5S-ST1信號輸入（Ui）B5（OUT）A2（H1）2示波器聯(lián)接×1檔A2B（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，用示波器觀測A2B輸出端（Uo）。 等待完整波形出來后，點(diǎn)擊停止，移動(dòng)虛擬示波器兩根橫游標(biāo)使之V=Kp×輸入電壓，得到與積分的曲線的兩個(gè)交點(diǎn)。 再分別移動(dòng)示波器兩根縱游標(biāo)到積分的曲線的兩個(gè)交點(diǎn)，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù)Ti，見圖3-1-12（a）。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。 將A2單

45、元的S9短路套套上，點(diǎn)擊開始，用示波器觀測系統(tǒng)的A2B輸出端（Uo），響應(yīng)曲線見圖3-1-12（b）。等待完整波形出來后，點(diǎn)擊停止，把最高端電壓（3.59V）減去穩(wěn)態(tài)輸出電壓（0.6V=Kp*Ui），然后乘以0.632，得到V=1.88V。 移動(dòng)虛擬示波器兩根橫游標(biāo)，從最高端開始到V=1.88V處為止，得到與微分的指數(shù)曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開始到曲線的交點(diǎn)，量得=t=0.01S 已知KD=6，則圖3-1-11的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時(shí)間常數(shù)：。比例積分微分環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線 比例微分環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線實(shí)驗(yàn)二、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

46、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)在階躍信號輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)Mp、tp、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。二實(shí)驗(yàn)原理及說明圖3-1-13是典型型二階單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)。圖3-1-13 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)： （3-1-1）型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式： （3-1-2）自然頻率（無阻尼振蕩頻率）： 阻尼比： （3-1-3）有二階閉環(huán)

47、系統(tǒng)模擬電路如圖3-1-14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(shí)間常數(shù)Ti=R1*C1=1秒，慣性時(shí)間常數(shù) T=R2*C2=0.1秒。圖3-1-14 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)代入式（3-1-1），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（3-1-2），該電路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)代入式（3-1-3），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

48、計(jì)算欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)Mp、tp、ts：（K=25、=0.316、=15.8）超調(diào)量 ： 峰值時(shí)間：三實(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3-1-14，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)，觀察阻尼比對該系統(tǒng)的過渡過程的影響。2改變被測系統(tǒng)的各項(xiàng)電路參數(shù)，計(jì)算和測量被測對象的臨界阻尼的增益K，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3改變被測系統(tǒng)的各項(xiàng)電路參數(shù)，計(jì)算和測量被測對象的超調(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。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

49、寬度足夠大的階躍信號) 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= 3V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-14安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S2，S11，S123A3S8，S104A6S2，S65B5S-ST1信號輸入r(t)B5（OUT） A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級聯(lián)A2A（OUTA）A3（H1）4負(fù)反饋

50、A3（OUT）A1（H2）5運(yùn)放級聯(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（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測孔測量波形。也可選用普通示波器觀測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2 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)，其實(shí)際響應(yīng)曲線下圖。