自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、第二章 虛擬示波器2.1 虛擬示波器的顯示方式（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(duì)數(shù)幅頻特性顯示、對(duì)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

2、相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)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(cè)孔觀察、測(cè)量波形，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)的測(cè)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(jiàn)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(lái)采集、

3、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（表示輸入信號(hào)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(hào)幅值測(cè)量信號(hào)幅值測(cè)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(cè)量點(diǎn)的幅值，見(jiàn)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

4、的左側(cè)）的黃色方塊中顯示的數(shù)據(jù)，為兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的幅值差，見(jiàn)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Y軸位移。（2）信號(hào)時(shí)間測(cè)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(lái)獲取顯示所需的畫面，然后再點(diǎn)擊中間的微調(diào)按鈕來(lái)調(diào)節(jié)波形至最佳測(cè)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(zhǎng)的信號(hào)，例如觀察時(shí)間常數(shù)大的積分信號(hào)輸出；在框中2表示波形放大了2倍，4表示波形放大了

5、4倍，該功能適用于觀察頻率較高的信號(hào)，例如觀察微分信號(hào)輸出、階躍輸出的上升時(shí)間等。 信號(hào)時(shí)間的測(cè)量當(dāng)信號(hào)在顯示界面處于最佳測(cè)量狀態(tài)后，用戶可以點(diǎn)住顯示界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(jiàn)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)。實(shí)驗(yàn)使用：運(yùn)行LABACT程序，選擇自動(dòng)控制 / 非線性系統(tǒng)的相平面分析菜單下的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)

6、項(xiàng)目，就會(huì)彈出相應(yīng)的虛擬示波器界面，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。在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，應(yīng)運(yùn)行LabACT程序，選擇自動(dòng)控制 / 線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析-實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再分別選擇一階系統(tǒng)或二階系統(tǒng)就會(huì)彈出頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置表，在該表中用戶可根據(jù)自己的需要填入各個(gè)掃描點(diǎn)（本實(shí)驗(yàn)機(jī)選取的頻率值f，以0.1Hz為分辨率），如需在特性曲線上直接標(biāo)注某個(gè)

7、掃描點(diǎn)的角頻率、幅頻特性L()或相頻特性()，則可在該表的掃描點(diǎn)上小框內(nèi)點(diǎn)擊一下（打）。確認(rèn)后將彈出虛擬示波器的頻率特性界面，點(diǎn)擊開始，即可按頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置表規(guī)定的頻率值，實(shí)現(xiàn)頻率特性測(cè)試。測(cè)試結(jié)束后（約十分鐘），可點(diǎn)擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項(xiàng)進(jìn)行切換，將顯示被測(cè)系統(tǒng)的閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、對(duì)數(shù)相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖），點(diǎn)擊停止后，將停止示波器運(yùn)行。用戶如選擇了二階系統(tǒng)，則虛擬示波器上先彈出閉環(huán)頻率特性界面，點(diǎn)擊開始，待實(shí)驗(yàn)機(jī)把閉環(huán)頻率特性測(cè)試結(jié)束后，再在示波器界面左上角的紅色開環(huán)或閉環(huán)字上雙擊，將在示波器界面上彈出開環(huán)/閉環(huán)選擇框，點(diǎn)擊確定后，示波器界面左上

8、角的紅字，將變?yōu)殚_環(huán)然后再在示波器界面下部頻率特性選擇框點(diǎn)擊（任一項(xiàng)），在示波器上將轉(zhuǎn)為開環(huán)頻率特性顯示界面。在 開環(huán)頻率特性界面上，亦可轉(zhuǎn)為閉環(huán)頻率特性顯示界面，方法同上。在頻率特性顯示界面的左上角的紅色開環(huán)或閉環(huán)字表示當(dāng)前界面的顯示狀態(tài)?？蛇M(jìn)行以下各項(xiàng)線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析： 被測(cè)系統(tǒng)某個(gè)頻率點(diǎn)的L、Im、Re等相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)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(cè)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(cè)量：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)。

9、注意：分析波形必須先停止。1) 最少拍控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，只要運(yùn)行LABACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的最少拍控制系統(tǒng)-有紋波實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，確保實(shí)驗(yàn)機(jī)處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文件，此時(shí)可選用虛擬示波器（B3）單元的CH1、CH2測(cè)孔測(cè)量波形。該實(shí)驗(yàn)顯示界面的下邊“計(jì)算公式”欄中有Ki、Pi ，7個(gè)控制參數(shù)，界面上方有采樣周期T，點(diǎn)擊開始后，即可使實(shí)驗(yàn)機(jī)按照新的控制參數(shù)運(yùn)行。2）數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，只要運(yùn)行LABACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)

10、源文件，運(yùn)行程序。該實(shí)驗(yàn)顯示界面的右邊“PID系數(shù)”欄中有Kp、 3個(gè)控制系數(shù)，界面上方有采樣周期T，點(diǎn)擊發(fā)送后，即可使實(shí)驗(yàn)機(jī)按照新的控制參數(shù)運(yùn)行。3）溫度閉環(huán)控制在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，只要運(yùn)行LABACT程序，選擇控制系統(tǒng)菜單下的溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出溫度示波器的界面。點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文件，然后再點(diǎn)擊發(fā)送鍵，將運(yùn)行；然后設(shè)定溫度參數(shù)、積分量閥值和控制系數(shù)PID后，點(diǎn)擊發(fā)送，即可實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制。該實(shí)驗(yàn)顯示界面的右邊“PID系數(shù)”欄中有Kp 、 3個(gè)控制系數(shù)，積分量 閥值點(diǎn)擊發(fā)送后，即可使實(shí)驗(yàn)機(jī)按照新的控制系數(shù)和設(shè)定參數(shù)運(yùn)行。冷卻：在運(yùn)行中，改變溫度參數(shù)為1后，再次點(diǎn)擊“

11、發(fā)送”鍵將啟動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行冷卻。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(wèn)號(hào)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AEDK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)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)

12、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)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(jiàn)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?。?）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

13、）；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(guò)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(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

14、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(jiàn)虛擬示波器的使用。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-1-1所示的被測(cè)系統(tǒng)比例系數(shù)，觀測(cè)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(cè)量值200K100K4V0.5200K4V150K100K2V2200K1V42)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）；

15、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(guò)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(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

16、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(lái)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。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-1-2所示的被測(cè)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)，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200K200K1u4V10.22u10.450K100K1u2V20.1200K1V40.23)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

17、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。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過(guò)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(zhǎng)！ “量程選擇”開關(guān)置于下檔時(shí)，其零

18、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）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(lái)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

19、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200K1u1V2u100K1u2u4)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3-1-4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

20、擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過(guò)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(zhǎng)！ “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3-1-4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

21、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(lái)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×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。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-1-4所示的被測(cè)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)，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200K

22、200K1u1V12u1100K1u22u25)觀察比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路如圖3-1-5所示。圖3-1-5 典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路實(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(guò)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3-1-5安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線

23、，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)1A4S4，S92A6S2，S63B5S-ST1信號(hào)輸入(Ui)B5（OUT）A4（H1）2運(yùn)放級(jí)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(cè)系統(tǒng)的A6輸出端（Uo），等待完整波形出來(lái)后，把輸出最高端電壓減去穩(wěn)態(tài)輸出電壓，然后乘以0.632，得到V。 移動(dòng)虛擬示波器兩根橫游標(biāo)，從最高端開始到V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

24、交點(diǎn)，量得t。 已知KD=10，則圖3-1-5的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時(shí)間常數(shù)：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3-1-6所示。圖3-1-6 PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)模擬電路實(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(guò)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

25、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3-1-6安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。1信號(hào)輸入（Ui）B5（OUT）A2（H1）2示波器聯(lián)接×1檔A2B（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)1A2S4，S82B5S-ST（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(cè)A2B輸出端（Uo）。 等待完整波形出來(lái)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

26、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。 將A2單元的S9短路套套上，點(diǎn)擊開始，用示波器觀測(cè)系統(tǒng)的A2B輸出端（Uo），等待完整波形出來(lái)后，把最高端電壓減去穩(wěn)態(tài)輸出電壓，然后乘以0.632，得到V。 移動(dòng)虛擬示波器兩根橫游標(biāo)，從最高端開始到V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。 已知KD，則圖3-1-6的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時(shí)間常數(shù)：。3.1.2 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)-

27、無(wú)阻尼振蕩頻率n、阻尼比對(duì)過(guò)渡過(guò)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、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(guò)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(jiàn)圖3-1-7，觀察阻尼比對(duì)該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程的影響。改變A3單元中輸入電阻R來(lái)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

28、，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=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(guò)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(guò)波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波

29、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3-1-7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、70

30、K元件庫(kù)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(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(lái)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-

31、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。 計(jì)算和觀察被測(cè)對(duì)象的臨界阻尼的增益K，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。積分常數(shù)Ti慣性常數(shù)T增益K計(jì)算值10.10.20.30.50.10.2 畫出躍響應(yīng)曲線，測(cè)量超調(diào)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250.110.20.3200.10.50.2403.2 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

32、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)容及步驟被測(cè)系統(tǒng)是一階慣性的模擬電路圖見(jiàn)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(guò)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

33、為8Hz（D1單元右顯示）。 調(diào)節(jié)B5單元的“正弦波調(diào)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)

34、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（在運(yùn)行過(guò)程中，時(shí)間量程無(wú)法改變），以滿足觀察要求。 示波器的截圖詳見(jiàn)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）。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0.511.63.24.56.489.612.51620思考題：把圖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。3.2.4 二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握型二階開

35、環(huán)系統(tǒng)中的對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性，實(shí)頻特性 和虛頻特性的計(jì)算。2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(duì)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(jì)算。3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(duì)系統(tǒng)的影響。4了解和掌握型二階開環(huán)系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻曲線、相頻曲線、和幅相曲線的構(gòu)造及繪制方法圖3-2-3 二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試電路二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1被測(cè)系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖3-2-3所示（同型二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試構(gòu)成），測(cè)試其幅值穿越頻率、相位裕度。2改變被測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)電路參數(shù)，畫出其系統(tǒng)模擬電路圖，及開環(huán)頻率特性曲線，並計(jì)算和測(cè)量其幅值穿越頻率、相位裕度

36、，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。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：安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線表同笫3.2.2 節(jié)二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線測(cè)試。（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，S95A6S2，S61信號(hào)輸入B2（OUT2） A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUT）A6（H1）4負(fù)反饋A3（OUT）A1（H2）6相位測(cè)量A6（OUT） A8（CIN1）7A8（COUT1） B8（IRQ6）8幅值測(cè)量A6（OUT） B7（IN4）9跨接元件（4K）元件庫(kù)A11中可變電阻跨接到A2A（OUTA）和A3（IN）之間（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)彈出頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置表，在該表中用戶可根據(jù)自己的需要填入各個(gè)掃描點(diǎn)（本實(shí)驗(yàn)機(jī)選取的頻率值f，以0.1Hz為分辨率），如需在特性曲線上直接標(biāo)注顯示某個(gè)掃描點(diǎn)的角頻