自動控制原理實驗指導書

1、 自動控制原理 實 驗 指 導 書（電氣工程及其自動化專業(yè)、熱能與動力工程專業(yè)）樊強   編 寫西北農林科技大學水利與建筑工程學院2011年12月目錄第一章 labACT自控/計控原理實驗機構成及說明11.1 構成11.2 說明41.2.1 A實驗區(qū)41.2.2 B實驗區(qū)4第二章 典型環(huán)節(jié)的模擬研究62.1 實驗要求62.2 典型環(huán)節(jié)的方塊圖及傳遞函數(shù)62.3 實驗內容及步驟72.4 實驗報告12第三章 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性123.1 實驗要求123.2 實驗內容及步驟123.2.1 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性123.2.2 三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性143.3 實驗報告

2、15參 考 文 獻16第一章 labACT自控/計控原理實驗機構成及說明1.1 構成labACT自控/計控原理實驗機由以下七個模塊組成：1自動控制原理實驗模塊2計算機控制原理實驗模塊3信號源模塊4控制對象模塊5虛擬示波器模塊6控制對象輸入顯示模塊7CPU控制模塊各模塊相互交聯(lián)關系框圖見圖1-1所示：圖1-1 各模塊相互交聯(lián)關系框圖自動控制原理實驗模塊由六個模擬運算單元及元器件庫組成，這些模擬運算單元的輸入回路和反饋回路上配有多個各種參數(shù)的電阻、電容，因此可以完成各種自動控制模擬運算。利用本實驗機所提供的多種信號源輸入到模擬運算單元中去，再使用本實驗機提供的虛擬示波器界面可觀察和分析各種自動控制

3、、計算機控制原理實驗的響應曲線。 計算機控制原理實驗模塊由模數(shù)轉換器，數(shù)模轉換器，8253定時器，8259中斷控制器及模擬運算單元組成。在CPU的運算和控制下，可完成數(shù)字PID控制，最少拍控制及大林算法等實驗。 控制對象模塊由溫度控制模塊，直流電機模塊和步進電機模塊組成?？蓪崿F(xiàn)溫度閉環(huán)控制實驗，直流電機閉環(huán)調速實驗和步進電機調速實驗。還包括外設接口模塊，可實現(xiàn)擴展外設各種實驗。CPU控制模塊由十六位微機8088及只讀存儲器27512，隨機存取存儲器62256，時鐘芯片，RS232串口通訊芯片等組成。CPU控制模塊（ACT88），位于主實驗板的下面，經J1插座與主實驗板相聯(lián)。根據(jù)功能本實驗機劃分

4、了各種實驗區(qū)均在主實驗板上。實驗區(qū)組成見表1-1：表1-1 實驗區(qū)組成A實驗區(qū)模擬運算單元有六個模擬運算單元，每單元由輸入回路6組電阻、或電容，反饋回路7組電阻、或電容，1個運算放大器組成。A1A6可變阻容元件庫由電位器330K和22K，直讀式可變電阻0999.9K，直讀式可變電容00.7uF組成。A7阻容元件庫有10個電阻，6個電容，2個二極管，1個雙向穩(wěn)壓管。A8運算放大器庫有3組運算放大器,1個整形器A9B實驗區(qū)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數(shù)模轉換器八位數(shù)/模轉換，輸出有0+5v、-5v+5v、-10v+10v，三個測孔

5、供選擇。B2虛擬示波器2個通道模擬信號輸入，輸入信號可不衰減輸入，也可衰減5倍后輸入。B3采樣/保持器采樣/保持器LF398，單穩(wěn)態(tài)電路4538B4函數(shù)發(fā)生器有單位階躍，斜坡，拋物線信號輸出，信號寬度范圍2ms6s，寬度可調，幅度可調。B5正弦波發(fā)生器頻率范圍0.1HZ100HZ可調，幅度可調。B6基準電壓單元+Vref（+5.00v），-Vref（-5.00v）B7模數(shù)轉換器8位模/數(shù)轉換，其中有6個通道為0+5v輸入，有2個通道為-5v+5v輸入。B8定時器/中斷單元有8253定時器中的計數(shù)器1，固定時鐘（1.229MHz）輸入的OUTO輸出及與OUTO級聯(lián)的OUT2輸出。有中斷控制器82

6、59中的輸入IRQ6，IRQ7。B9C實驗區(qū)步進電機模塊步進電機35BY48C1直流電機模塊直流電機BY25及光電斷續(xù)器測速C2溫控模塊AD590測溫及溫度閉環(huán)控制（080）。C3外設接口模塊1路420mA或15v模擬電壓輸出（AOUT），2路420mA或15v模擬電壓輸入（IN-2、IN-3），4路開關量輸入和4路開關量輸出（DIN和DOUT），1路測溫傳感器（鉑電阻PT100）輸入（IN-1）。C4D實驗區(qū)控制對象輸出顯示模塊自帶CPU （89C2051）控制，10位A/D轉換器TLC1543。3位八段數(shù)碼管，可切換顯示溫度/轉速/電壓/電流。可當作-5v+5v電壓表。D主實驗板的布置簡圖

7、見圖1-2所示。 圖1-2 主實驗板的布置簡圖1.2 說明1.2.1 A實驗區(qū)（1）模擬運算單元（A1A6） 六個模擬運算單元實現(xiàn)原理基本相同，只是運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。（2）可變阻容元件庫（A7） 提供22K和330K電位器,一組0999.9K直讀式可變電阻，一組00.7uF直讀式可變電容及標準插孔。（3）阻容元件庫（A8） 提供各種電阻（10K510K）10個，各種電容（0.1uF2uf）6個，二極管（1N4148）2個，雙向穩(wěn)壓管（4.6v）1組及多個標準插孔。（4）運算放大器庫（A9） 提供3組運算放大器及標準測孔（電源+12V和-12V已

8、接入放大器）；1個整形器，CIN為輸入插孔，COUT為輸出插孔，供用戶自行接插元器件，為系統(tǒng)提供了足夠的靈活性。1.2.2 B實驗區(qū)（1）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，其布置圖見圖1-3所示：圖1-3 信號發(fā)生器布置圖 手控階躍發(fā)生模塊由按鈕SB2及74LS00組成。 如圖1-2-2所示在B1-1模塊中，當按鈕SB2按下時，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；當按鈕彈出時，L9燈滅，其輸出狀態(tài)相反。（注：該按鈕是一個帶鎖開關，如要改變狀態(tài)必須再按一次） 幅度控制模

9、塊由開關K3、開關K4和電位器組成。開關K3的上端已連接了-5V，下端已連接了GND；開關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： （1）K3開關撥下，K4開關撥上，在電位器的Y測孔可得到0+5v連續(xù)可調電壓輸出。（2）K3開關撥上，K3開關也撥上，在電位器的Y測孔可得到-5v+5v連續(xù)可調電壓輸出。（3）K3開關撥下，K3開關也撥下，在電位器的Y測孔將得到手控連續(xù)可調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。（2）函數(shù)發(fā)生器（B5） 將產生單位階躍，斜坡，拋物線信號，其信

10、號寬度范圍為2ms6s，幅度可調，在其OUT測孔輸出。S測孔是方波輸出，N測孔用于構造尖脈沖干擾，NC是干擾輸出，/ST測孔是S，ST短路套套上后的S測孔的反相輸出。三位撥動開關S1切換波形類型，上階躍，中斜坡，下拋物線；三位撥動開關S2切換信號的周期,周期范圍:上2-60ms，中20ms-0.6s，下0.2s-6s。使用調幅和調寬旋鈕可調節(jié)信號的幅度和頻率大小。為了使運算放大器為零初始狀態(tài)并且積分漂移不致累加增多，設置了鎖零電路。其原理：當鎖零功能啟動后，使模擬運算單元（A1A6）中的場效應管的D、S端處于短路狀態(tài)，也就是說，使各運放所接的反饋阻抗短路。啟動鎖零功能有兩個辦法：（1）按住B5

11、單元中的放電按鈕，啟動鎖零功能。（2）把B5單元中的S-ST用短路套套住，則當B5單元的OUT輸出為零時，啟動自動鎖零功能。（3）正弦波發(fā)生器（B6）本單元可產生0.1Hz100Hz頻率范圍（使用撥動開關S3分三檔切換）的正弦波和方波。正弦波最大峰峰值±3V。使用調頻、調幅電位器可以輸出波形的頻率和幅值。正弦波信號引出為SIN測孔。方波信號引出為SQU測孔, 幅值為0/+5V。（4）數(shù)模轉換器（B2） 本實驗機采用ADC0832作為數(shù)/模轉換，可實現(xiàn)8bit數(shù)字輸入轉換為模擬量。數(shù)字00FFH輸入，經數(shù)/模轉換后OUT1測孔輸出為0+5v模擬量。經運放處理后，在OUT2測孔輸出為-5

12、v +5v，在OUT3測孔輸出為-10v +10v。（5）采樣/保持器（B4） 采用LF398實現(xiàn)保持，輸入、輸出電平范圍為±12V。IN為輸入端；PU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。（6）基準電壓單元（B7） 本單元可提供+Vref（+5.00V）和-Vref（-5.00V）兩種基準電壓?？梢酝ㄟ^調整該單元中的W9電位器來調整基準電壓。（在出廠時已調整好）注意：該單元的測孔不可隨意插線，以免損壞基準源。（7）模數(shù)轉換器（B8） 本實驗機采用DAC0809作為模/數(shù)轉換，可實現(xiàn)8bit數(shù)字輸出。其中IN0IN5通道為0+5V模擬量輸入，IN6和

13、IN7通道為-5V+5V模擬量輸入。IN-0IN-3已在實驗機內連線，其中IN-0用作C實驗區(qū)溫控模塊（C3）測溫輸入，IN-1、IN-2用作C實驗區(qū)外設接口（C4）模擬量輸入，IN-3用作外設接口測溫傳感器輸入。IN-4IN-7由測孔引出。（8）虛擬示波器（B3） 提供兩通道模擬信號輸入CH1和CH2，配合上位機軟件的示波器窗口，可以實現(xiàn)波形的顯示、存儲，可以有效的觀察實驗中各點信號的波形。 虛擬示波器每個輸入通道都配有量程開關，當量程開關撥到×1位置，表示輸入不衰減，輸入范圍-5V+5V，如果超出此范圍，應把量程開關撥到×5位置，此時輸入信號將被衰減5倍。第二章 典型環(huán)

14、節(jié)的模擬研究2.1 實驗要求（1）了解和掌握各典型環(huán)節(jié)模擬電路的構成方法、傳遞函數(shù)表達式及輸出時域函數(shù)表達式；（2）觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應曲線，了解各項電路參數(shù)對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。2.2 典型環(huán)節(jié)的方塊圖及傳遞函數(shù)典型環(huán)節(jié)名稱方 塊 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）2.3 實驗內容及步驟在實驗中欲觀測實驗結果時，可用普通示波器，也可選用本實驗機配套的虛擬示波器。如果選用虛擬示波器，只要運行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗項目，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始即可使

15、用本實驗機配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測孔測量波形。（1）觀察比例環(huán)節(jié)的階躍響應曲線典型比例環(huán)節(jié)模擬電路如圖2-1所示。圖2-1 典型比例環(huán)節(jié)模擬電路典型比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：單位階躍響應： 實驗步驟：（1） 用信號發(fā)生器（B1）的Y測孔輸出作為比例環(huán)節(jié)輸入信號。將B1單元中電位器的左邊K3開關撥下（GND），右邊K4開關撥下（0/+5V階躍）。按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕SB2，L9燈亮，調節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔，電壓調整為1V。 （2） 構造模擬電路：按圖2-1安置短路套及測孔聯(lián)線。 （3） 虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：B3虛擬示波器輸入端CH1接到A6單元信號輸出端OUT

16、（Uo）。 （4） 運行、觀察、記錄： 進入自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗項目，點擊開始，按下SB2按鈕（0+1V階躍），用示波器觀測A6輸出端（Uo）的實際響應曲線Uo（t）。然后點擊停止,移動標尺,測量數(shù)據(jù)。 改變比例系數(shù)（改變運算模擬單元A1的反饋電阻R1），觀測結果，填入實驗數(shù)據(jù)表。 實驗數(shù)據(jù)表：輸入電阻Ro反饋電阻R1輸入電壓Ui比例系數(shù)響應曲線理論K實測K200K100K1V0.5200K1.0500K2.5（2）觀察慣性環(huán)節(jié)的階躍響應曲線典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路如圖2-2所示。圖2-2 典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路典型慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)： 單位階躍響應： 實驗步

17、驟： （1）用信號發(fā)生器（B1）的Y測孔輸出作為比例環(huán)節(jié)輸入信號。將B1單元中電位器的左邊K3開關撥下（GND），右邊K4開關撥下（0/+5V階躍）。按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕SB2，L9燈亮，調節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔，電壓調整為2V。 （2）構造模擬電路：按圖2-2安置短路套及測孔聯(lián)線。 （3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：B3虛擬示波器輸入端CH1接到A6單元信號輸出端OUT（Uo）。 （4）運行、觀察、記錄： 進入自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗項目，點擊開始，按下SB2按鈕時（0+2V階躍），用示波器觀測A6輸出端（Uo）的實際響應曲線Uo（t）。

18、然后點擊停止,移動標尺,測量數(shù)據(jù)。 改變時間常數(shù)及比例系數(shù)（分別改變運算模擬單元A1的反饋電阻R1和反饋電容C），觀測結果，填入實驗數(shù)據(jù)表。實驗數(shù)據(jù)表：輸入電阻Ro反饋電阻R1反饋電容C輸入電壓Ui比例系數(shù)時間常數(shù)響應曲線理論K實測K理論T實測T200K100K2u2V0.50.21u0.50.1200K2u1.00.41u1.00.2（3）觀察積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖2-3所示。圖2-3 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路典型積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：單位階躍響應： 實驗步驟：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）所產生的周期性方波信號（OUT），代替信號

19、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，將自動對模擬電路鎖零。 將函數(shù)發(fā)生器（B5）中S1撥動開關置于最上檔（階躍信號），S2撥動開關置于0.2S6S檔。用示波器觀測信號輸入（Ui），調節(jié)“調寬”旋鈕，使OUT輸出方波寬度在1秒左右；調節(jié)“調幅”旋鈕，使OUT輸出方波幅值為1V。 （2）構造模擬電路：按圖2-3安置短路套及測孔聯(lián)線；B5單元S-ST用短路套短接！ （3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：B3虛擬示波器輸入端CH1接到A6單元信號輸出端OUT（Uo）。 （4）運行、觀察、記錄： 進入自動控制菜單的線性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗項目，點擊開

20、始。用示波器觀測A6輸出端（Uo）的實際響應曲線Uo（t）。然后點擊停止,移動標尺,測量數(shù)據(jù)。 改變參數(shù)（分別改變運算模擬單元A1的輸入電阻Ro和反饋電容C），觀測結果，填入實驗數(shù)據(jù)表。 實驗數(shù)據(jù)表：輸入電阻Ro反饋電容C輸入電壓Ui積分常數(shù)響應曲線理論Ti實測Ti100K2u1V0.21u0.1200K2u0.41u0.2（4）觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線 典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖2-4所示.。圖2-4 典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路典型比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：單位階躍響應： 實驗步驟：注：S ST用短路套短接?。?）用信號發(fā)生器（B1）的階躍信號輸出 和幅度控制電位器構造輸入信號（Ui）：

21、 將函數(shù)發(fā)生器（B5）中S1撥動開關置于最上檔（階躍信號），S2撥動開關置于0.2S6S檔。用示波器觀測信號輸入（Ui），調節(jié)“調寬”旋鈕，使OUT輸出方波寬度在1秒左右；調節(jié)“調幅”旋鈕，使OUT輸出方波幅值在1V。 （2）構造模擬電路：按圖2-4安置短路套及測孔聯(lián)線；B5單元S ST用短路套短接！ （3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：B3虛擬示波器輸入端CH1接到A6單元信號輸出端OUT（Uo）。 （4）運行、觀察、記錄： 進入自動控制菜單的線性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗項目，點擊開始。用示波器觀測A6輸出端（Uo）的實際響應曲線Uo（t）。然后點擊停止,移動標尺,測量數(shù)據(jù)。 改

22、變時間常數(shù)及比例系數(shù)（分別改變運算模擬單元A5的輸入電阻Ro和反饋電容C），重新觀測結果，填入實驗數(shù)據(jù)表。實驗數(shù)據(jù)表：輸入電阻Ro反饋電阻R1反饋電容C輸入電壓Ui比例系數(shù)積分常數(shù)響應曲線理論K實測K理論T實測T200K200K2u1V1.00.41u1.00.2100K2u2.00.41u2.00.2（5）觀察比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路如圖2-5所示。圖2-5 典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路典型比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)： 單位階躍響應：實驗步驟：注：S ST用短路套短接! （1）用信號發(fā)生器（B1）的階躍信號輸出 和幅度控制電位器構造輸入信號（Ui）： B1單元中電位器的左邊

23、K3開關撥下（GND），右邊K4開關撥下（0/+5V階躍）。階躍信號輸出（B1的Y測孔）調整為1V（調節(jié)方法：按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕，L9燈亮，調節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔）。 （2）構造模擬電路：按圖2-5安置短路套及測孔聯(lián)線。 （3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：B3虛擬示波器輸入端CH1接到A6單元信號輸出端OUT（Uo）。 （4）運行、觀察、記錄： 進入線性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗項目，點擊開始，用示波器觀測系統(tǒng)的信號輸入（Ui），調節(jié)“調寬”旋鈕，正輸出寬度在70ms左右，調節(jié)“調幅”旋鈕，幅度在400mv左右。 用示波器觀測A6輸出端（Uo）響應曲線。 改

24、變時間常數(shù)及比例系數(shù)（分別改變運算模擬單元A2的輸入電阻Ro和反饋電阻R1），重新觀測結果，填入實驗數(shù)據(jù)表。 實驗數(shù)據(jù)表：輸入電阻Ro反饋電阻R1輸入電壓Ui比例系數(shù)微分常數(shù)響應曲線理論K實測K理論T實測T10K10K1V20K20K10K20K30K20K（6）觀察PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)的響應曲線PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)模擬電路如圖2-6所示。圖2-6 PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)模擬電路典型比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)： 單位階躍響應： 實驗步驟：注：S ST用短路套短接?。?）用信號發(fā)生器（B1）的階躍信號輸出 和幅度控制電位器構造輸入信號（Ui）： B1單元中電位器的左邊K3開關撥下（G

25、ND），右邊K4開關撥下（0/+5V階躍）。階躍信號輸出（B1的Y測孔）調整為1V（調節(jié)方法：按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕，L9燈亮，調節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔）。 （2）構造模擬電路：按圖2-6安置短路套及測孔聯(lián)線。 （3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：示波器輸入端CH1接到A6單元信號輸出端。 注：CH1選×1檔。時間量程選4檔。 （4）運行、觀察、記錄： 進入線性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗項目，點擊開始，用示波器觀測系統(tǒng)的信號輸入（Ui），調節(jié)“調寬”旋鈕（正輸出寬度在0.1秒左右）。 用示波器觀測A6輸出端（Uo），調節(jié)“調幅”旋鈕，輸入信號幅值從0V開始

26、，慢慢增加，直到積分輸出接近5V為止（不能超過5V）。如用TEK數(shù)字示波器觀察，輸入信號幅值可大些。 注意：該實驗由于微分的時間太短，如果用虛擬示波器（B3）觀察，必須把波形擴展到最大（/ 4檔），但有時仍無法顯示微分信號。因此，建議用一般的示波器觀察。 改變時間常數(shù)及比例系數(shù)（分別改變運算模擬單元A2的輸入電阻Ro和反饋電阻R1），重新觀測結果，填入實驗數(shù)據(jù)表。 實驗數(shù)據(jù)表：輸入電阻Ro反饋電阻R1輸入電壓Ui比例系數(shù)微分常數(shù)積分常數(shù)響應曲線理論K實測K理論T實測T理論Ti實測Ti10K10K1V20K20K10K20K2.4 實驗報告（1）實驗模擬電路，實驗所測波形、數(shù)據(jù)。 （2）理論參數(shù)

27、的計算過程。 （3）對實驗現(xiàn)象進行準確描述與分析。 第三章 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性3.1 實驗要求（1）了解和掌握典型二階、三階系統(tǒng)模擬電路的構成方法及傳遞函數(shù)表達式推導。（2）觀察和分析典型二階閉環(huán)系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼的瞬態(tài)響應曲線，欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號輸入時的動態(tài)性能指標%、tp、ts值，并與理論計算值作比對。（3）熟悉勞斯（ROUTH）判據(jù)使用方法。 （4）應用勞斯（ROUTH）判據(jù)，觀察和分析型三階系統(tǒng)在階躍信號輸入時，系統(tǒng)的穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定及不穩(wěn)定三種瞬態(tài)響應。 3.2 實驗內容及步驟3.2.1 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性圖3-1是典型的型二階單位反饋系統(tǒng)原理方塊圖。

28、圖3-1 典型二階閉環(huán)系統(tǒng)原理方塊圖型二階系統(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)標準式： 自然頻率（無阻尼振蕩頻率）： 阻尼比： 超調量 ： 峰值時間： 調節(jié)時間 ：二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖3-2所示。它由積分環(huán)節(jié)（A2）和慣性環(huán)節(jié)（A3）構成。圖3-2 型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖3-2的二階系統(tǒng)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)及系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：積分環(huán)節(jié)（A2單元）的積分時間常數(shù)Ti=R1*C1=1S 慣性環(huán)節(jié)（A3單元）的慣性時間常數(shù) T=R2*C2=0.1S實驗步驟： 注：S ST不能用“短路套”短接！（1）用信號發(fā)生器（B1）的Y測孔輸出作為二階系統(tǒng)輸入的階躍信號。 將B1單元中電位器的左邊K

29、3開關撥下（GND），右邊K4開關撥下（0/+5V階躍）。按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕SB2，L9燈亮，調節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔，電壓調整為1V。 （2）構造模擬電路：按圖3-2安置短路套及測孔聯(lián)線。 （3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：B3虛擬示波器輸入端CH1接到A6單元信號輸出端OUT（C(t)）。 （4）運行、觀察、記錄： 運行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的時域分析下的二階典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性實驗項目，再選擇開始實驗。也可選用普通示波器觀測實驗結果。 分別將（A7）中的直讀式可變電阻調整到100K、40K、10K、4K、2K，點擊開始，按下SB2按鈕(加階

30、躍信號)，用示波器觀察在不同增益K下，A6輸出端C(t)的系統(tǒng)階躍響應曲線，按下停止，用標尺測量、超調量%，峰值時間tp和調節(jié)時間ts等動態(tài)性能指標參數(shù)，記錄于實驗數(shù)據(jù)表1。 改變慣性時間常數(shù)T，重新觀測結果，記錄動態(tài)性能參數(shù)于實驗數(shù)據(jù)表2。 改變積分時間常數(shù)Ti，重新觀測結果，記錄動態(tài)性能參數(shù)于實驗數(shù)據(jù)表3。 注：在作該實驗時，如果發(fā)現(xiàn)有積分飽和現(xiàn)象產生時，即構成積分的模擬電路處于飽和狀態(tài)，波形不出來，請人工放電。放電操作如下：輸入端Ui為零，把B5函數(shù)發(fā)生器的SB4“放電按鈕”按住3秒左右，進行放電。實驗數(shù)據(jù)表1：改變慣性環(huán)節(jié)增益（C1=2u，C2=1u，改變可變電阻R）參數(shù)項目輸入電阻R

31、（A3）增益K（計算值)自然頻率Wn（計算值)阻尼比（計算值)超調量%峰值時間tP調節(jié)時間tS測量值計算值測量值計算值測量值計算值>1過阻尼100K=1臨界阻尼40K0<<1欠阻尼10K4K2K實驗數(shù)據(jù)表2：改變慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)（C1=2u ，R=4K，改變C2）參數(shù)項目反饋電容C2增加（A3）（減?。T性環(huán)節(jié)時間常數(shù)T自然頻率Wn（計算值)阻尼比（計算值)超調量%峰值時間tP調節(jié)時間tS測量值計算值測量值計算值測量值計算值0<<1欠阻尼1u2u3u實驗數(shù)據(jù)表3：改變積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)（R=4K，C2=1u ，改變C1）參數(shù)項目反饋電容C1減?。ˋ2）（減?。┓e分環(huán)節(jié)時間常數(shù)Ti自然頻率Wn（計算值)阻尼比（計算值)超調量%峰值時間tP調節(jié)時間tS測量值計算值測量值計算值測量值計算值0<<1欠阻尼2u1u3.2.2 三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性典型型三階單位反饋系統(tǒng)原理方塊圖見圖3-3。圖3-3 典型三階閉環(huán)系統(tǒng)的方塊圖型三階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)： 閉環(huán)傳遞函數(shù)（單位反饋）： 型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖3-4所示。它由積分環(huán)節(jié)（A2）、慣性環(huán)節(jié)（A3和A5）構成。圖3-4 型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖圖3-4的型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)及系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：積分環(huán)節(jié)（A2單元）的積分時間常數(shù)Ti=R1*C1=1S， 慣性環(huán)節(jié)