THKKL-5型 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、目錄目錄1第一部分 THKKL-5型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱使用說明書3第一章 系統(tǒng)概述3第二章 硬件的組成及使用4第三章 THKKL-5軟件安裝及使用說明7第一節(jié) THKKL-5軟件安裝說明7第二節(jié) THKKL-5軟件的使用說明13第三節(jié) Bode 軟件的使用說明34第二部分 THKKL-5型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書43第一章 控制理論實(shí)驗(yàn)43實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的電路模擬43實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)49實(shí)驗(yàn)三 高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析52實(shí)驗(yàn)四 線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差54實(shí)驗(yàn)五 典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的測(cè)量59實(shí)驗(yàn)六 線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)校正66

2、實(shí)驗(yàn)七 典型非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性73實(shí)驗(yàn)八 非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法78實(shí)驗(yàn)九 非線性系統(tǒng)的相平面分析法85實(shí)驗(yàn)十 系統(tǒng)能控性與能觀性分析90實(shí)驗(yàn)十一 控制系統(tǒng)極點(diǎn)的任意配置93實(shí)驗(yàn)十二 具有內(nèi)部模型的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)100實(shí)驗(yàn)十三 狀態(tài)觀測(cè)器及其應(yīng)用106實(shí)驗(yàn)十四 采樣控制系統(tǒng)的分析109實(shí)驗(yàn)十五 采樣控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正112第二章 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)115實(shí)驗(yàn)一 A/D與D/A轉(zhuǎn)換115實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字濾波器118實(shí)驗(yàn)三 離散化方法研究121實(shí)驗(yàn)四 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器算法的研究126實(shí)驗(yàn)五 串級(jí)控制算法的研究131實(shí)驗(yàn)六 解耦控制算法的研究135實(shí)驗(yàn)七 最少拍控制算法研究141實(shí)驗(yàn)八 具有純滯

3、后系統(tǒng)的大林控制146實(shí)驗(yàn)九 線性離散系統(tǒng)的全狀態(tài)反饋控制150實(shí)驗(yàn)十 模糊控制系統(tǒng)154實(shí)驗(yàn)十一 具有單神經(jīng)元控制器的控制系統(tǒng)157實(shí)驗(yàn)十二 二次型狀態(tài)調(diào)節(jié)器162實(shí)驗(yàn)十三 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)165實(shí)驗(yàn)十四 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)169實(shí)驗(yàn)十五 單閉環(huán)溫度恒值控制系統(tǒng)172第一部分 THKKL-5型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱使用說明書第一章 系統(tǒng)概述“THKKL-5型 控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱”是我公司結(jié)合教學(xué)和實(shí)踐的需要而進(jìn)行精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。適用于高校的控制原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該實(shí)驗(yàn)箱具有實(shí)驗(yàn)功能全、資源豐富、使用靈活、接線可靠、操作快捷、

4、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)箱的硬件部分主要由直流穩(wěn)壓電源、低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、階躍信號(hào)發(fā)生器、低頻頻率計(jì)、交/直流數(shù)字電壓表、數(shù)據(jù)采集接口單元、步進(jìn)電機(jī)單元、直流電機(jī)單元、溫度控制單元、通用單元電路、電位器組等單元組成。上位機(jī)軟件則集中了虛擬示波器、信號(hào)發(fā)生器、VBScript和JScript腳本編程器、實(shí)驗(yàn)仿真、實(shí)驗(yàn)報(bào)告生成器等多種功能于一體。其中虛擬示波器可顯示各種波形，有X-T、X-Y、Bode圖三種顯示方式，并具有圖形和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印的功能，而VBScript和JScript腳本編程器提供了一個(gè)開放的編程環(huán)境，用戶可在上面編寫各種算法及控制程序。實(shí)驗(yàn)箱通過電路單元模擬控制工程中的各種典型環(huán)節(jié)

5、和控制系統(tǒng)，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)對(duì)控制理論及計(jì)算機(jī)控制算法有更深一步的理解，并提高分析與綜合系統(tǒng)的能力。同時(shí)通過對(duì)本實(shí)驗(yàn)裝置中四個(gè)實(shí)際被控對(duì)象的控制，使學(xué)生熟悉各種算法在實(shí)際控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，控制理論既有模擬部分的實(shí)驗(yàn)，又有離散部分實(shí)驗(yàn)；既有經(jīng)典理論實(shí)驗(yàn)，又有現(xiàn)代控制理論實(shí)驗(yàn)；而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)除了常規(guī)的實(shí)驗(yàn)外，還增加了當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用廣泛、效果卓著的模糊控制、神經(jīng)元控制、二次型最優(yōu)控制等實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)采集部分則采用實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)上常用的USB數(shù)據(jù)采集卡。它可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計(jì)算機(jī)USB通訊口上，其采樣頻率為350K（理論值為400K）；有16路

6、單端A/D模擬量輸入，轉(zhuǎn)換精度為14位；4路D/A模擬量輸出，轉(zhuǎn)換精度均為12位；16路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出。 第二章 硬件的組成及使用一、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源主要用于給實(shí)驗(yàn)箱提供電源。有±5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/1.0A五路，每路均有短路保護(hù)自恢復(fù)功能。它們的開關(guān)分別由相關(guān)的鈕子開關(guān)控制，并由相應(yīng)發(fā)光二極管指示。其中+24V主要用于溫度控制單元。實(shí)驗(yàn)前，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱左側(cè)的空氣開關(guān)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的電源總開關(guān)。并根據(jù)需要將±5V、±15V、+24V鈕子開關(guān)拔到“開”的位置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過2號(hào)連接導(dǎo)線將直流電壓接到需要的位置。二、低

7、頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器由單片集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器專用芯片及外圍電路組合而成，主要輸出有正弦信號(hào)、三角波信號(hào)、方波信號(hào)、斜坡信號(hào)和拋物線信號(hào)。輸出頻率分為f1、f2、f3、f4四檔。其中正弦信號(hào)的頻率范圍分別為0.1Hz3.3Hz、2.5Hz86.4Hz、49.8Hz1.7KHz、700Hz10KHz四檔，Vp-p值為14V。使用時(shí)先將信號(hào)發(fā)生器單元的鈕子開關(guān)拔到“開”的位置，并根據(jù)需要選擇合適的波形及頻率的檔位，然后調(diào)節(jié)“頻率調(diào)節(jié)”和“幅度調(diào)節(jié)”微調(diào)電位器，以得到所需要的頻率和幅值，并通過2號(hào)連接導(dǎo)線將其接到需要的位置。三、鎖零按鈕鎖零按鈕用于實(shí)驗(yàn)前運(yùn)放單元中電容器的放電。當(dāng)按下按鈕

8、時(shí)，通用單元中的場(chǎng)效應(yīng)管處于短路狀態(tài)，電容器放電，讓電容器兩端的初始電壓為0V；當(dāng)按鈕復(fù)位時(shí)，單元中的場(chǎng)效應(yīng)管處于開路狀態(tài)，此時(shí)可以開始實(shí)驗(yàn)。四、階躍信號(hào)發(fā)生器階躍信號(hào)發(fā)生器主要提供實(shí)驗(yàn)時(shí)的階躍給定信號(hào)，其輸出電壓范圍約為-15V+15V，正負(fù)檔連續(xù)可調(diào)。使用時(shí)根據(jù)需要可選擇正輸出或負(fù)輸出，具體通過“階躍信號(hào)發(fā)生器”單元的鈕子開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)按下自鎖按鈕時(shí)，單元的輸出端輸出一個(gè)可調(diào)(選擇正輸出時(shí)，調(diào)RP1電位器；選擇負(fù)輸出時(shí)，調(diào)RP2電位器)的階躍信號(hào)(當(dāng)輸出電壓為1V時(shí)，即為單位階躍信號(hào))，實(shí)驗(yàn)開始；當(dāng)按鈕復(fù)位時(shí)，單元的輸出端輸出電壓為0V。注：?jiǎn)卧妮敵鲭妷嚎赏ㄟ^實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的直流數(shù)字電壓表來進(jìn)

9、行測(cè)量。 五、低頻頻率計(jì)低頻頻率計(jì)是由單片機(jī)89C2051和六位共陰極LED數(shù)碼管設(shè)計(jì)而成的，具有輸入阻抗大和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。其測(cè)頻范圍為：0.1Hz9.999KHz。低頻頻率計(jì)主要用來測(cè)量函數(shù)信號(hào)發(fā)生器或外來周期信號(hào)的頻率。使用時(shí)先將低頻頻率計(jì)的電源鈕子開關(guān)拔到“開”的位置，然后根據(jù)需要將測(cè)量鈕子開關(guān)拔到“外測(cè)”(此時(shí)通過“輸入”和“地”輸入端輸入外來周期信號(hào))或“內(nèi)測(cè)”(此時(shí)測(cè)量低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率)。另外本單元還有一個(gè)復(fù)位按鈕，以對(duì)低頻頻率計(jì)進(jìn)行復(fù)位操作。注：將“內(nèi)測(cè)/外測(cè)”開關(guān)置于“外測(cè)”時(shí)，而輸入接口沒接被測(cè)信號(hào)時(shí)，頻率計(jì)有時(shí)會(huì)顯示一定數(shù)據(jù)的頻率，這是由于頻率計(jì)的輸入阻抗

10、大，靈敏度高，從而感應(yīng)到一定數(shù)值的頻率。此現(xiàn)象并不影響內(nèi)外測(cè)頻。六、交/直流數(shù)字電壓表交/直流數(shù)字電壓表有三個(gè)量程，分別為200mV、2V、20V。當(dāng)自鎖開關(guān)不按下時(shí)，它作直流電壓表使用，這時(shí)可用于測(cè)量直流電壓；當(dāng)自鎖開關(guān)按下時(shí)，作交流毫伏表使用，它具有頻帶寬（10Hz400KHz）、精度高（±5）和真有效值測(cè)量的特點(diǎn)，即使測(cè)量窄脈沖信號(hào)，也能測(cè)得其精確的有效值，其適用的波峰因數(shù)范圍可達(dá)到10。七、通用單元電路通用單元電路具體有“通用電路單元一”“通用電路單元十一”、“反相器單元”和“系統(tǒng)能控性與能觀性分析”等單元。這些單元主要由運(yùn)放、電容、電阻、電位器和一些自由布線區(qū)等組成。通過接

11、線和短路帽的選擇，可以模擬各種受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，主要用于比例、積分、微分、慣性等電路環(huán)節(jié)的構(gòu)造。一般為反向端輸入，其中電阻多為常用阻值51K、100K、200K、510K；電容多在反饋端，容值為0.1uF、1uF、10uF。以組建積分環(huán)節(jié)為例，積分環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)為1s。首先確定帶運(yùn)放的單元，且其前后的元器件分別為100K、10uF（T=100K×10uF=1s），通過觀察“通用電路單元二”可滿足要求，然后將100K和10uF兩引腳對(duì)應(yīng)的插針使用短路帽連接起來。實(shí)驗(yàn)前先按下“鎖零按鈕”對(duì)電容放電，然后用2號(hào)導(dǎo)線將單位階躍信號(hào)輸出端接到積分單元的輸入端，積分電路的輸出端接至反向器單元，

12、保證輸入、輸出方向的一致性。然后按下“鎖零按鈕”和階躍信號(hào)輸出按鈕，用示波器觀察輸出曲線，其具體電路如下圖所示。八、非線性單元由一個(gè)含有兩個(gè)單向二極管并且需要外加正負(fù)15伏直流電源，可研究非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性和非線性系統(tǒng)。其中10K電位器由電位器組單元提供。電位器的使用可由2號(hào)導(dǎo)線將電位器引出端點(diǎn)接入至相應(yīng)電路中。但在實(shí)驗(yàn)前先斷開電位器與電路的連線，用萬用表測(cè)量好所需R的阻值，然后再接入電路中。九、零階保持器它采用“采樣-保持器”組件LF398，具有將連續(xù)信號(hào)離散后再由零階保持器輸出的功能，其采樣頻率由外接的方波信號(hào)頻率決定。使用時(shí)只要接入外部的方波信號(hào)及輸入信號(hào)即可。十、數(shù)據(jù)采集接口單元數(shù)據(jù)

13、采集卡采用THBXD，它可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計(jì)算機(jī)內(nèi)，其采樣頻率為350K；有16路單端A/D模擬量輸入，轉(zhuǎn)換精度為14位；4路D/A模擬量輸出，轉(zhuǎn)換精度均為12位；16路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出。接口單元?jiǎng)t放于實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，用于實(shí)驗(yàn)箱與PC上位機(jī)的連接與通訊。數(shù)據(jù)采集卡接口部分包含模擬量輸入輸出(AI/AO)與開關(guān)量輸入輸出(DI/DO)兩部分。其中AI有4路，AO有2路，DI/DO各8路。使用虛擬示波器觀察一個(gè)模擬信號(hào)，可以用導(dǎo)線直接連接到接口中 AD端（其中AD3和AD4兩輸入端有跟隨器輸入，而AD1和AD2通道沒有，用戶實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)情況選擇使用，但在選擇AD3和A

14、D4通道時(shí)，兩個(gè)通道必須同時(shí)有電信號(hào)輸入，不能有懸空）。另外，上位機(jī)軟件編寫的信號(hào)發(fā)生器，由數(shù)據(jù)采集卡的DA1輸出。十一、實(shí)物實(shí)驗(yàn)單元包括溫度控制單元、直流電機(jī)單元和步進(jìn)電機(jī)單元，主要用于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，使用方法詳見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。第三章 THKKL-5軟件安裝及使用說明第一節(jié) THKKL-5軟件安裝說明一、運(yùn)行環(huán)境項(xiàng) 目描 述CPUP4(2.2G)以上內(nèi)存256M以上硬盤不限USB支持USB1.1 最好USB2.0操作系統(tǒng)Windows2000 最好WinXP顯示設(shè)備17寸顯卡要求64M以上二、軟件安裝首先從提供的光盤上安裝USB驅(qū)動(dòng)程序及應(yīng)用軟件，USB驅(qū)動(dòng)程序安裝和普通USB驅(qū)動(dòng)安裝沒

15、有分別。這里就簡(jiǎn)單說明下，首先插入U(xiǎn)SB線，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)提示安裝，如下圖：選擇“從列表或指定位置安裝”。點(diǎn)擊下一步，如下圖：選擇“不要搜索，我要自己選擇安裝的驅(qū)動(dòng)程序”，點(diǎn)擊下一步，如下：點(diǎn)擊從磁盤安裝，出現(xiàn)下圖：接著點(diǎn)擊“瀏覽”，從磁盤或桌面上找到要安裝的驅(qū)動(dòng)程序UsbCard.inf，如下圖：按上圖點(diǎn)擊“打開”，接著如下圖：在上圖中點(diǎn)擊“確定”，出現(xiàn)如下圖：點(diǎn)擊“下一步”，出現(xiàn)下圖： 點(diǎn)擊“仍然繼續(xù)”，出現(xiàn)下圖：點(diǎn)擊“完成”，即USB驅(qū)動(dòng)程序安裝完畢。注：USB驅(qū)動(dòng)的安裝方法對(duì)于不同的系統(tǒng)可能有不同的方法。USB驅(qū)動(dòng)安裝好之后，接下來安裝“THKKL-5”軟件安裝本軟件雙擊setup.ex

16、e即進(jìn)行安裝。出現(xiàn)如下畫面：（圖1）（圖2）（圖3）（圖4）（圖5）安裝過程中盡量采用默認(rèn)安裝，安裝完成之后即點(diǎn)擊關(guān)閉之后，會(huì)在桌面上顯示一個(gè)快捷方式如下圖6。（圖6）系統(tǒng)如果提示需要重新啟動(dòng)電腦，請(qǐng)保存好各類文檔，然后重新啟動(dòng)。第二節(jié) THKKL-5軟件的使用說明一、 THKKL-5軟件在桌面上雙擊快捷方式打開軟件界面“THKKL-5”，或從開始菜單程序處找到“THKKL-5”單擊它。如果USB采集卡驅(qū)動(dòng)沒有裝好或者USB線沒有連接，啟動(dòng)時(shí)都會(huì)彈出警告對(duì)話框如下圖。用戶先點(diǎn)擊確定，然后檢查驅(qū)動(dòng)安裝步驟是否正確及USB線的兩頭是否連上，檢查無誤再重新啟動(dòng)。如果安裝無誤，點(diǎn)擊“THKKL-5”則

17、會(huì)打開登入窗口，如下圖：用戶先正確填寫自己的姓名，學(xué)號(hào)，填好后點(diǎn)擊“確定”。（注釋：在登入窗口填寫的姓名和學(xué)號(hào)，會(huì)在報(bào)告生成器中自動(dòng)生成相應(yīng)的姓名和學(xué)號(hào)，無法重新改寫，所以在做要提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的的實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要在登入窗口中正確填寫姓名和學(xué)號(hào)，以免實(shí)驗(yàn)重做）。點(diǎn)擊“確定”，進(jìn)入如下界面：菜單狀態(tài)區(qū)示波器窗口參數(shù)與操作區(qū)點(diǎn)擊放大上圖，圖中最上面是各類菜單，其下是工具快捷方式。左邊欄是示波器顯示窗口，右面是參數(shù)和操作區(qū)，下面是狀態(tài)顯示窗口，用戶可以通過菜單，工具快捷按鈕，操作區(qū)按鈕，完成對(duì)虛擬示波器的控制。初步了解了軟件界面的情況之后，我們就可以開始實(shí)驗(yàn)操作了。一、系統(tǒng)從菜單的“系統(tǒng)”下面找到“開始采

18、集”界面如下圖：開始采集前如想設(shè)置AD采用頻率等參數(shù)，可以在控制區(qū)操作。AD數(shù)據(jù)緩存設(shè)置，可以在“系統(tǒng)”下找到“緩存設(shè)置”，彈出如下對(duì)話框：Urb數(shù)據(jù)長度USB每次請(qǐng)求包的長度（最小64，最大2048，要求必須是64的整數(shù)倍）。（默認(rèn)值是1024）一般不需要設(shè)置，在采用頻率很低時(shí)，該值可以調(diào)低到512，256等合適的值，注意：只有系統(tǒng)停止采集狀態(tài)時(shí)才允許緩存設(shè)置。緩存數(shù)據(jù)長度每次送入示波器的數(shù)據(jù)長度（必須大于等于Urb數(shù)據(jù)長度，最大819200，要求是偶數(shù)）。緩存數(shù)據(jù)長度將影響示波器的數(shù)據(jù)刷新快慢，即緩存越長示波器刷新的越慢，反之亦然。默認(rèn)值是4096，可以適當(dāng)設(shè)置。信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)

19、生周期正弦波，方波，三角波，鋸齒波，在產(chǎn)生波形前選擇好“信號(hào)類型”，“信號(hào)頻率”，“信號(hào)幅值”，“占空比”，“零電位偏移量”等參數(shù)，然后點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕后就可通過采集卡的DA1通道輸出波形。頻率在20Hz以下。信號(hào)發(fā)生器窗口如下圖：AD/DA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集卡采用“THBXD”USB卡，該卡在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)時(shí)，輸入電壓與二進(jìn)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：-1010V對(duì)應(yīng)為016383(A/D轉(zhuǎn)換為14位)。其中0V 為8192。其主要數(shù)據(jù)格式如下表所示(采用雙極性模擬輸入)： 輸 入AD原始碼(二進(jìn)制)AD原始碼(十六進(jìn)制)求補(bǔ)后的碼(十進(jìn)制)正滿度01 1111 1111 11111FFF16383正滿度

20、1LSB01 1111 1111 11101FFE16382中間值（零點(diǎn)）00 0000 0000 000000008192負(fù)滿度+1LSB10 0000 0000 000120011負(fù)滿度10 0000 0000 000020000而DA轉(zhuǎn)換時(shí)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系為：-55V對(duì)應(yīng)為04095(D/A轉(zhuǎn)換為12位)，其數(shù)據(jù)格式(雙極性電壓輸出時(shí))為： 輸 入D/A數(shù)據(jù)編碼正滿度1111 1111 1111正滿度1LSB1111 1111 1110中間值（零點(diǎn)）1000 0000 0000負(fù)滿度+1LSB0000 0000 0001負(fù)滿度0000 0000 0000如右圖：在做AD轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)時(shí)，輸入電壓

21、為-10V，AD欄二進(jìn)制值顯示10 0000 0000 0000，十進(jìn)制顯示0；輸入0V時(shí)，AD欄二進(jìn)制值顯示00 0000 0000 0000，十進(jìn)制顯示8192；輸入電壓為+10， AD欄二進(jìn)制值顯示01 1111 1111 1111，十進(jìn)制顯示16383。做DA轉(zhuǎn)換試驗(yàn)時(shí)，十進(jìn)制欄輸入4095，二進(jìn)制欄輸出1111 1111 1111，波形處于+5V位置。十進(jìn)制欄輸入2048，二進(jìn)制欄輸出1000 0000 0000，波形處于0V位置。十進(jìn)制欄輸入0，二進(jìn)制欄輸出0000 0000 0000，波形處于-5V位置。Matlab仿真在傳遞函數(shù)G(S)后的表達(dá)式中填寫好傳遞函數(shù)的參數(shù)后（可參照

22、實(shí)例函數(shù)的樣式），選好“仿真模式”(有四種模式：X-T仿真，Bode圖仿真，根軌跡仿真，極坐標(biāo)仿真)后，點(diǎn)擊“執(zhí)行”后，通過MATLAB的后臺(tái)數(shù)據(jù)處理，等待幾秒鐘后將會(huì)在右邊的圖形框中顯現(xiàn)此函數(shù)仿真的波形，供用戶參考。如右圖：（注釋：用戶在用BodeChart軟件做幅頻特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，手動(dòng)采集擬合后的波形圖可以和Matlab訪真來對(duì)比）。Bode圖實(shí)驗(yàn)Bode圖軟件如下：腳本編程 運(yùn)行THKKL-5軟件，并選擇菜單中的系統(tǒng)腳本編程，即可打開腳本編程器，如下圖所示：（1）點(diǎn)擊“文件”->“新建”，用戶可以在文本框內(nèi)編寫新的算法代碼；（2）點(diǎn)擊“文件”->“打開”，用戶可以在文本框內(nèi)按照一

23、定路徑打開已有的算法代碼；（3）點(diǎn)擊“文件”->“保存”，用戶可以將新的算法代碼按一定的路徑保存起來；（4）在“編輯”下有撤消、復(fù)制、剪切、粘貼的功能，這里不做具體說明；（5）點(diǎn)擊“調(diào)試”->“啟動(dòng)”，運(yùn)行程序，并在示波器上輸出波形；（6）點(diǎn)擊“調(diào)試”->“停止”，停止運(yùn)行程序。（7）點(diǎn)擊“調(diào)試”->“步長設(shè)置”，將彈出一個(gè)對(duì)話框，可以設(shè)置步長。如下圖：（8）在“語言”菜單下，有兩中語言函數(shù)可以利用的.具體的如下第八、第九大條。下面是具體的實(shí)驗(yàn)：1使用導(dǎo)線，連接數(shù)據(jù)采集接口的AD1和DA1；并使用腳本編程器打開計(jì)算機(jī)控制算法VBS基本波形中的正弦波腳本；且在腳本編程器的

24、菜單語言選擇VBScript。2將AD參數(shù)設(shè)置為：通道1，1KHz，并開始采集數(shù)據(jù)；打開腳本編程器的調(diào)試菜單的啟動(dòng)菜單，運(yùn)行腳本。即THKKL-5虛擬示波器上觀察到輸出的正弦波。如下圖：3波形采集完成后，可選擇腳本編程器調(diào)試菜單中的停止菜單，停止腳本輸出。注意：腳本編程器可通過修改調(diào)試菜單中的步長設(shè)置，修改單步步長；本腳本編程器支持VBScript和JScript，其中JScript的操作步驟和VBScript相似。報(bào)告生成器做實(shí)驗(yàn)時(shí)如果采用登陸模式，在上面就會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的學(xué)號(hào)、姓名（此姓名，學(xué)號(hào)是不可以更改的），在寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告中如果要用到實(shí)驗(yàn)中的當(dāng)前波形圖，可以在對(duì)應(yīng)參數(shù)區(qū)填入與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的

25、參數(shù)，然后點(diǎn)擊“保存當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形”，如果還要保存其他實(shí)驗(yàn)波形的話，可以繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，同樣在對(duì)應(yīng)參數(shù)區(qū)填入對(duì)應(yīng)參數(shù)，然后點(diǎn)擊“保存當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形”，實(shí)驗(yàn)完成后在報(bào)告生成器窗口中填寫實(shí)驗(yàn)類別、實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)討論結(jié)果和學(xué)生所在班級(jí)，所有填寫完之后點(diǎn)擊“報(bào)告生成”，按一定的路徑及以的格式來保存報(bào)告。如果只要交電子稿，就以文件的形式發(fā)送到老師指定的路徑文件中，如果要打印提交的話，可以直接雙擊打開這份報(bào)告，在word中打印實(shí)驗(yàn)報(bào)告。此報(bào)告生成器還有兩個(gè)功能：一是點(diǎn)擊“插入其他位圖波形”，可以插入其他波形與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形相比較；二是點(diǎn)擊“可插入算法原代碼”，可插入當(dāng)前實(shí)驗(yàn)算法的原代碼，以便與實(shí)驗(yàn)相對(duì)照。（

26、工具欄有快捷方式）如下2個(gè)圖：（注：在安裝office2003時(shí)，一定要選擇完全安裝，切記不要選擇典型安裝，否則不能生成報(bào)告） 波形保存保存當(dāng)前整個(gè)示波器窗口及波形，以Bitmap文件類型保存。如下圖：波形打印如果電腦連了打印機(jī)的話，本軟件有直接打印的功能，可以直接打印出當(dāng)前的主界面。在工具快捷欄也有打印機(jī)的圖標(biāo)，如下圖：退出實(shí)驗(yàn)完之后退出當(dāng)前主界面。二、示波器下的按鈕功能1幅值自動(dòng)選擇(點(diǎn)擊一下，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)表示符“”表示已經(jīng)選上)：調(diào)整示波器窗口始終隨著波形的幅值滿屏顯示。取消（在選上的基礎(chǔ)上在點(diǎn)擊下，同時(shí)表示符消失，表示已取消）：取消自動(dòng)調(diào)整，同時(shí)彈出對(duì)話框，設(shè)置最大，最小顯示幅值。如下圖

27、：2時(shí)基自動(dòng)選擇：調(diào)整示波器窗口始終隨著波形的時(shí)間滿屏顯示；取消：取消自動(dòng)調(diào)整。3暫停顯示選擇：暫停顯示；取消：取消自動(dòng)調(diào)整。4波形同步選擇：同步顯示波形（注要：只有波形模式在 Plot X，Plot(X1，X2)，Plot(X1+X2)種模式下有效，其它模式不起作用）；取消：取消同步顯示。5波形模式Chart X 單通道采集時(shí)，連續(xù)左移方式顯示波形，同時(shí)在工具快捷方式欄下方中央會(huì)顯示波形模式，如下圖；Plot X 單通道采集時(shí)，連續(xù)一屏一屏從左到有刷新顯示波形，此時(shí)波形顯示長度就是緩存數(shù)據(jù)長度；單通道同步顯示必須在此模式下，如下圖；Chart(X1，X2)雙通道時(shí)，分別顯示。顯示原理同 Ch

28、art X ；Plot(X1，X2)雙通道時(shí)，分別顯示。顯示原理同 PlotX ；Chart(X1X2)雙通道時(shí)，兩波形疊加顯示。顯示原理同 Chart X ；Plot(X1X2)雙通道時(shí)，兩波形疊加顯示。顯示原理同 PlotX ；Plot(X1，X2)雙通道時(shí)，X1數(shù)值為時(shí)間軸，X2為幅值軸。顯示原理同 PlotX ；AmpSpectrum（幅值譜）信號(hào)的不同頻率的幅度在頻率序列上的表示，（注：一個(gè)方波信號(hào)）如下圖： PowerSpectrum（功率譜）以F（t）為電壓在1歐姆電阻上不同頻率上能量消耗的分布。同時(shí)快捷工具欄下方中央會(huì)顯示波形模式，（注：接一個(gè)方波信號(hào)）如下圖； 6波形操作XY

29、軸放大在此操作模式下，可以任意放大鼠標(biāo)選定的矩形波形窗口到滿屏。此按鈕在工具快捷方式欄也有顯示，如下圖：波形抓取在此模式下，可以抓取當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形。如下圖：十字跟蹤在此操作模式下，示波器會(huì)彈出兩跟蹤線。用戶可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)跟蹤線到指定的位置，狀態(tài)欄會(huì)實(shí)時(shí)顯示跟蹤線和波形交叉點(diǎn)的坐標(biāo)位置。如下圖:7線型/點(diǎn)型改變波形的形狀。即線型時(shí)連線顯示，點(diǎn)型時(shí)，點(diǎn)式顯示。8波形復(fù)位復(fù)位放大縮小后的波形到原始狀態(tài)。9基準(zhǔn)復(fù)位復(fù)位控制區(qū)里的水平，基準(zhǔn)按鈕到初始狀態(tài)。 10波形清除清除當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形，使得示波器窗口為空白，以便重新生成實(shí)驗(yàn)波形。11波形復(fù)制波形拷貝到粘貼板。三、工具快捷欄其余按鈕：如下圖“開始”相當(dāng)于“

30、開始采集”的功能：“暫?！笔巩?dāng)前波形暫時(shí)停下來時(shí)，以便進(jìn)行測(cè)量觀察。要繼續(xù)使波形移動(dòng)的話，可以點(diǎn)擊“開始”。 “停止”使波形停止下來，重新開始實(shí)驗(yàn)。四、幫助菜單下 軟件使用說明書包括THKKL-5軟件安裝和使用說明，及Bode圖軟件使用說明書。如下圖：五、參數(shù)與操作區(qū)的一些按鈕功能通道選擇 選擇AD采集的通道（通道1為 USB采集卡的1通道，通道12為USB采集卡的1和2通道，此時(shí)雙通道采集，每個(gè)通道的實(shí)際采樣頻率為設(shè)置采樣頻率的一半）。采樣頻率設(shè)置采集卡的采樣頻率（注要：?jiǎn)挝皇荎，即最小為1000Hz，最大可以達(dá)到250KHz）。采集卡的默認(rèn)增益系數(shù)為1。分頻系數(shù)波形在Chart模式時(shí)，可以

31、任意調(diào)節(jié)采樣頻率。該原理是等間隔均勻丟棄數(shù)據(jù)點(diǎn)。也即相當(dāng)于降低了采樣頻率，該功能特點(diǎn)是不需要停止采集，隨著滑動(dòng)按鈕的調(diào)節(jié)，可以馬上看到調(diào)節(jié)結(jié)果。主要用在實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)象信號(hào)頻率很低，而實(shí)驗(yàn)又需要顯示整個(gè)實(shí)驗(yàn)波形過程，這時(shí)通過滑動(dòng)按鈕可以調(diào)到合理的波形。（值1對(duì)應(yīng)無分頻，值20對(duì)應(yīng)每緩存長度數(shù)據(jù)只顯示1點(diǎn)）。窗口長度調(diào)節(jié)Chart模式時(shí)的波形歷史數(shù)據(jù)長度?；鶞?zhǔn)平移可以邏輯設(shè)置幅值的平移增量。雙通道采集時(shí)可以用來分段顯示波形?；鶞?zhǔn)增益可以邏輯設(shè)置幅值的比例系數(shù)。水平微調(diào)開始測(cè)量之前，如果波形不在零點(diǎn)位置，可以調(diào)此微調(diào)，使波形處于零點(diǎn)位置。每一格代表0.01，調(diào)節(jié)范圍在-0.1到0.1共0.2的范圍。（注

32、：此水平微調(diào)在窗口最大化時(shí)，才會(huì)顯示出來）六、狀態(tài)區(qū)的各欄注釋狀態(tài)欄第一格為系統(tǒng)運(yùn)行狀況信息欄，第二欄為當(dāng)前波形實(shí)時(shí)分析的頻率值（注要：雙通道時(shí)，是指第一通道波形的頻率），第三欄第四欄為十字跟蹤時(shí)，跟蹤線X1與波形相交點(diǎn)的時(shí)基坐標(biāo)值和幅值坐標(biāo)值。第五欄和第六欄為十字跟蹤時(shí)，跟蹤線X2與波形相交點(diǎn)的時(shí)基坐標(biāo)值和幅值坐標(biāo)值。第七欄第八欄為跟蹤線X2與跟蹤線X1的坐標(biāo)值差，第九欄為|X2-X1|坐標(biāo)值差的倒數(shù)。當(dāng)X1X2剛好對(duì)應(yīng)一個(gè)波形時(shí)，該倒數(shù)即為該波形的頻率。七、工具欄中的X-t，X-Y的使用1X-t的使用1.1 采用實(shí)驗(yàn)箱上的通用實(shí)驗(yàn)單元，組建一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，如下圖所示：電路中的參數(shù)?。篟1=1

33、00K，R2=100K，Ro=200K，C=1uF；將Ui端連接到階躍信號(hào)輸出端，Uo端連接到數(shù)據(jù)采集口單元的AD1，且階躍信號(hào)的輸出幅值為2V；1.2 從開始菜單處打開軟件界面“THKKL-5”，打開后軟件界面如下圖所示：1.3 將窗口長度的指針移向大，點(diǎn)擊開始采集按鈕，并按下階躍按鈕，輸出2V的階躍信號(hào)，即可記錄如下圖所示：注意：在X-t視圖下，也可以采用雙通道觀察，具體操作步驟和單通道觀察實(shí)驗(yàn)波形一致。2X-Y的使用2.1 按照下圖所示，連接實(shí)驗(yàn)電路：將r(t)連接到數(shù)據(jù)采集接口的AD1和低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的正弦波輸出端，c(t)端連接到數(shù)據(jù)采集接口的AD2。2.2 打開THKKL-5軟

34、件，將AD參數(shù)設(shè)置為：通道選擇：通道(1-2)，采樣頻率：50；點(diǎn)擊開始采集按鈕，并選擇菜單中的示波器選項(xiàng)波形模式Chart XY，打開函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的開關(guān)，輸出正弦波，即可得到X-Y圖：八、VBScript函數(shù)說明1初始化函數(shù)：Initialize(arg)調(diào)用方法：sub Initialize(arg)2算法運(yùn)行函數(shù)：TakeOneStep (arg)調(diào)用方法：sub TakeOneStep (arg)3退出函數(shù)：Finalize (arg)調(diào)用方法：sub Finalize (arg)4模擬量輸出函數(shù)：WriteData voltage，channels調(diào)用方法：WriteData 0

35、,1；此函數(shù)表明模擬量輸出通道DA1輸出0V。5模擬量測(cè)量函數(shù)：ReadData(channels)調(diào)用方法：ReadData(1)；此函數(shù)表明模擬量采集通道為AD1。6數(shù)字量輸出函數(shù)：SetDO sign , channels調(diào)用方法：SetDO TURE，1；此函數(shù)表明數(shù)字量輸出DO1為1；sign的狀態(tài)有TURE和FALSE。7轉(zhuǎn)速測(cè)量函數(shù)：GetFS調(diào)用方法：GetFS；此函數(shù)用于測(cè)量第一通道的輸入信號(hào)頻率。九、JScript函數(shù)說明1初始化函數(shù)：Initialize(arg)調(diào)用方法：function Initialize(arg)2算法運(yùn)行函數(shù)：TakeOneStep (arg)

36、調(diào)用方法：function TakeOneStep (arg) 3退出函數(shù)：Finalize (arg)調(diào)用方法：function Finalize (arg)4模擬量輸出函數(shù)：WriteData （voltage , channels）調(diào)用方法：WriteData （0 ,1）；此函數(shù)表明模擬量輸出結(jié)束Initialize(arg)TakeOneStep (arg)控制算法循環(huán)判斷Finalize (arg)YY開始通道DA1輸出0V。5模擬量測(cè)量函數(shù)：ReadData(channels)調(diào)用方法：ReadData(1)；此函數(shù)表明模擬量采集通道為AD1。6數(shù)字量輸出函數(shù)：SetDO （si

37、gn , channels）調(diào)用方法：SetDO （1，1）；此函數(shù)表明數(shù)字量輸出DO1為1（TURE）；sign的狀態(tài)有1（TURE）和0（FALSE）兩種。7轉(zhuǎn)速測(cè)量函數(shù)：GetFS調(diào)用方法：GetFS；此函數(shù)用于測(cè)量第一通道的輸入信號(hào)頻率。十、腳本編程流程圖如右圖所示。第三節(jié) Bode 軟件的使用說明從開始菜單處找到"THKKL-5"菜單欄打開軟件界面"BodeChart"，還有一種打開方式是從THBDC菜單欄里面“系統(tǒng)àBode圖實(shí)驗(yàn)”打開，打開之后軟件界面如下圖所示。狀態(tài)區(qū)信號(hào)輸出和采集控制區(qū)幅頻特性窗口如果USB采集卡驅(qū)動(dòng)沒有裝好或

38、者USB線沒有連接，啟動(dòng)時(shí)都會(huì)彈出警告對(duì)話框如下圖所示。用戶最好關(guān)閉連接好后，再重新啟動(dòng)。正確打開之后，先熟悉各個(gè)按鈕，如下介紹：一、在文件菜單下：重新實(shí)驗(yàn)如果實(shí)驗(yàn)效果不好，或者參數(shù)設(shè)錯(cuò)，可以點(diǎn)擊“重新實(shí)驗(yàn)”，即重新開始，如下圖：波形打印實(shí)驗(yàn)完后，要打印此實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以直接點(diǎn)擊“波形打印”。THKKL-5點(diǎn)擊此按鈕，則將返回THKKL-5軟件的登入窗口。如下2圖：退出關(guān)閉當(dāng)前窗口，退出Bode圖。二、在操作菜單下：折線生成在手動(dòng)采集下，把所需點(diǎn)采完之后，點(diǎn)擊“折線生成”，則會(huì)把顯示區(qū)的點(diǎn)依次連接起來。（同時(shí)折線生成的快捷方式如下圖：）曲線擬合按照所采集到的點(diǎn)，它會(huì)盡量的把這些點(diǎn)以光滑的曲線連接

39、起來。波形拷貝波形拷貝到粘貼板波形清除清除此當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形，以便重新做實(shí)驗(yàn)。坐標(biāo)自動(dòng)調(diào)整幅頻特性窗口始終隨著波形的幅值滿屏顯示。波形恢復(fù)復(fù)位放大縮小后的波形到原始狀態(tài)，如下圖：波形測(cè)量在此操作模式下，示波器會(huì)彈出兩跟蹤線。用戶可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)跟蹤線到指定的位置，狀態(tài)欄會(huì)實(shí)時(shí)顯示跟蹤線和波形交叉點(diǎn)的坐標(biāo)位置。如下圖波形抓取在此操作模式下，可以抓取當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形。如下圖：三、狀態(tài)區(qū)的各欄注釋狀態(tài)欄第一欄為前波形實(shí)時(shí)分析的輸出頻率值，第二欄為當(dāng)前波形測(cè)量頻率值，第三欄為角頻率即幅頻特性窗口的橫軸，第四欄為幅值比，第五欄為采集進(jìn)度即用戶在做手動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)時(shí)可以察看這欄，一般采集的最佳時(shí)間在“數(shù)據(jù)采集”的顯示百

40、分比為70%90%之間。第六欄第七欄為波形測(cè)量十字跟蹤時(shí)，跟蹤線X1與波形相交點(diǎn)的時(shí)角頻率和幅值坐標(biāo)值。初步了解了軟件界面的情況之后，下面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)檢查：是否將實(shí)驗(yàn)電路的輸入端和數(shù)據(jù)采集的A/D的第一通道并聯(lián)，并且連接到正弦波信號(hào)的輸出端。1手動(dòng)方式步驟如下：（1）點(diǎn)擊開始采集:開啟硬件數(shù)據(jù)的采集。（2）調(diào)節(jié)信號(hào)源到起始頻率，如0.2Hz，等待到信號(hào)源信號(hào)穩(wěn)定后，點(diǎn)擊手動(dòng)單采，等待，軟件即會(huì)自動(dòng)完成該頻率點(diǎn)的頻率，幅值比分析，并單點(diǎn)顯示在波形窗口上。（3）繼續(xù)增加調(diào)節(jié)信號(hào)源頻率（如0.3Hz），等信號(hào)源信號(hào)穩(wěn)定后，點(diǎn)擊手動(dòng)單采，等待，軟件即會(huì)自動(dòng)完成該頻率點(diǎn)的頻率，幅值比分析，并單

41、點(diǎn)顯示在波形窗口上。（4）繼續(xù)第2步驟，一直到關(guān)鍵頻率點(diǎn)都完成。（5）點(diǎn)擊停止采集，結(jié)束硬件采集任務(wù)。（6）點(diǎn)擊曲線擬合或者折線連接，完成波特圖的幅頻特性圖。（7）保存波形到畫圖板或者直接打印，即完成實(shí)驗(yàn)。下面舉例說明手動(dòng)測(cè)量：（1）按照下圖所示，連接實(shí)驗(yàn)電路：具體的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如圖所示，并將低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接到電路的r(t)端，地與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的地線連接起來，數(shù)據(jù)采集接口單元的AD1端連接到電路的c(t)端。并將波形選擇為正弦波輸出，Vp-p為8V，頻段選擇為f1。（2）運(yùn)行BodeChart軟件，并設(shè)置AD配置參數(shù)：通道號(hào)：通道（1-2），采樣頻率：1000。（3）等待輸出波形穩(wěn)定，一般

42、采集進(jìn)度處于50%左右；點(diǎn)擊手動(dòng)單采按鈕，并等待波形的采集完成。（4）重復(fù)步驟3，多次增大函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出波形頻率，并采集不同頻率點(diǎn)的Bode圖相關(guān)參數(shù)。（5）在輸出頻率大于2Hz，先點(diǎn)擊停止采集按鈕，修改采樣頻率為5000；修改完畢后，點(diǎn)擊開始采集按鈕，繼續(xù)單點(diǎn)采集數(shù)據(jù)。最后可得實(shí)驗(yàn)曲線。如下圖所示：注意事項(xiàng)：1實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)檢查：是否將實(shí)驗(yàn)電路的輸入端和數(shù)據(jù)采集的A/D的第一通道并聯(lián)，并且連接到正弦波信號(hào)的輸出端。2正弦波信號(hào)采用0.2Hz100Hz，且Vp-p為8.09.5V。3點(diǎn)擊“手動(dòng)單采”按鈕最佳時(shí)間為“數(shù)據(jù)采集”的顯示百分比為70%90%之間。4修改采樣頻率時(shí)，先點(diǎn)擊“停止采集”按

43、鈕，修改采樣頻率后，點(diǎn)擊“開始采集”鈕，繼續(xù)測(cè)量Bode圖的關(guān)鍵點(diǎn)。5正弦波的頻率與采樣頻率的關(guān)系如下：6正弦波的頻率低于1Hz的時(shí)，采樣頻率為1000Hz；正弦波的頻率在1Hz到10Hz的時(shí)，采樣頻率為5000Hz；正弦波的頻率在10Hz到100Hz的時(shí)，采樣頻率為50000Hz。第二部分 THKKL-5型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第一章 控制理論實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的電路模擬一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉THKKL-5型 控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱及“THKKL-5”軟件的使用；2熟悉各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)特性及其電路模擬；3測(cè)量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，并了解參數(shù)

44、變化對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1THKKL-5型 控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱；2PC機(jī)一臺(tái)(含“THKKL-5”軟件)、USB數(shù)據(jù)采集卡、37針通信線1根、16芯數(shù)據(jù)排線、USB接口線。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1設(shè)計(jì)并組建各典型環(huán)節(jié)的模擬電路；2測(cè)量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)，并研究參數(shù)變化對(duì)其輸出響應(yīng)的影響。四、實(shí)驗(yàn)原理自控系統(tǒng)是由比例、積分、微分、慣性等環(huán)節(jié)按一定的關(guān)系組建而成。熟悉這些典型環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)及其對(duì)階躍輸入的響應(yīng)，將對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析十分有益。本實(shí)驗(yàn)中的典型環(huán)節(jié)都是以運(yùn)放為核心元件構(gòu)成，其原理框圖如圖1-1所示。圖中Z1和Z2表示由R、C構(gòu)成的復(fù)數(shù)阻抗。1比例（P）環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)的

45、特點(diǎn)是輸出不失真、不延遲、成比例地復(fù)現(xiàn)輸出信號(hào)的變化。 圖1-1它的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：當(dāng)Ui(S)輸入端輸入一個(gè)單位階躍信號(hào)，且比例系數(shù)為K時(shí)的響應(yīng)曲線如圖1-2所示。2積分（I）環(huán)節(jié) 圖1-2 積分環(huán)節(jié)的輸出量與其輸入量對(duì)時(shí)間的積分成正比。它的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號(hào)，當(dāng)積分系數(shù)為T時(shí)的響應(yīng)曲線如圖1-3所示。圖1-33比例積分(PI)環(huán)節(jié)比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：其中T=R2C，K=R2/R1設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號(hào)，圖1-4示出了比例系數(shù)(K)為1、積分系數(shù)為T時(shí)的PI輸出響應(yīng)曲線。圖1-44比例微分(PD)環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方

46、框圖分別為： 其中設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號(hào)，圖1-5示出了比例系數(shù)(K)為2、微分系數(shù)為TD時(shí)PD的輸出響應(yīng)曲線。 圖1-5 5比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：其中， 設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號(hào)，圖1-6示出了比例系數(shù)(K)為1、微分系數(shù)為TD、積分系數(shù)為TI時(shí)PID的輸出。圖1-66慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：當(dāng)Ui(S)輸入端輸入一個(gè)單位階躍信號(hào)，且放大系數(shù)(K)為1、時(shí)間常數(shù)為T時(shí)響應(yīng)曲線如圖1-7所示。圖1-7五、實(shí)驗(yàn)步驟1比例（P）環(huán)節(jié)根據(jù)比例環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實(shí)驗(yàn)箱上的“通用電路單元二”、“通用電路單元三”設(shè)計(jì)并組建

47、相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個(gè)單元為反相器，其中R0=200K。若比例系數(shù)K=1時(shí)，電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K。若比例系數(shù)K=2時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=200K。當(dāng)ui為一單位階躍信號(hào)時(shí)，用“THKKL-5”軟件觀測(cè)(選擇“通道1-2”，其中通道AD1接電路的輸出uO；通道AD2接電路的輸入ui)并記錄相應(yīng)K值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。另外R2還可使用可變電位器，以實(shí)現(xiàn)比例系數(shù)為任意設(shè)定值。注： 實(shí)驗(yàn)中注意“鎖零按鈕”和“階躍按鍵”的使用，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先彈出“鎖零按鈕”，然后按下“階躍按鍵”，具體請(qǐng)參考第二章“硬件的組成及使用”相關(guān)部分； 為了

48、更好的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)曲線，實(shí)驗(yàn)時(shí)可適當(dāng)調(diào)節(jié)軟件上的分頻系數(shù)(一般調(diào)至刻度2)和選擇“”按鈕(時(shí)基自動(dòng))，以下實(shí)驗(yàn)相同。2積分（I）環(huán)節(jié)根據(jù)積分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實(shí)驗(yàn)箱上的“通用電路單元三”設(shè)計(jì)并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個(gè)單元為反相器，其中R0=200K。若積分時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟=100K，C=10uF(T=RC=100K×10uF=1)；若積分時(shí)間常數(shù)T=0.1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟=100K，C=1uF(T=RC=100K×1uF=0.1)；當(dāng)ui為單位階躍信號(hào)時(shí)，用“THKKL-5”軟件觀測(cè)并記錄相應(yīng)T值時(shí)的輸出響應(yīng)曲線，并與理論值進(jìn)行比

49、較。注：由于實(shí)驗(yàn)電路中有積分環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)前一定要用“鎖零單元”對(duì)積分電容進(jìn)行鎖零。3比例積分(PI)環(huán)節(jié)根據(jù)比例積分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實(shí)驗(yàn)箱上的“通用電路單元十”設(shè)計(jì)并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個(gè)單元為反相器，其中R0=200K。若取比例系數(shù)K=1、積分時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1，T=R2C=100K×10uF=1)；若取比例系數(shù)K=1、積分時(shí)間常數(shù)T=0.1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1，T=R2C=100K×1uF=0.1S

50、)。注：通過改變R2、R1、C的值可改變比例積分環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和積分時(shí)間常數(shù)T。當(dāng)ui為單位階躍信號(hào)時(shí)，用“THKKL-5”軟件觀測(cè)并記錄不同K及T值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。4比例微分(PD)環(huán)節(jié)根據(jù)比例微分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實(shí)驗(yàn)箱上的“通用電路單元二”設(shè)計(jì)并組建其模擬電路，如下圖所示。圖中后一個(gè)單元為反相器，其中R0=200K。若比例系數(shù)K=1、微分時(shí)間常數(shù)T=0.1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1，T=R1C=100K×1uF=0.1S)；若比例系數(shù)K=1、微分時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，

51、R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1，T=R1C=100K×10uF=1S)；當(dāng)ui為一單位階躍信號(hào)時(shí)，用“THKKL-5”軟件觀測(cè)(選擇“通道3-4”，其中通道AD3接電路的輸出uO；通道AD4接電路的輸入ui)并記錄不同K及T值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。注：在本實(shí)驗(yàn)中“THKKL-5”軟件的采集頻率設(shè)置為150K，采樣通道最好選擇“通道3-4(有跟隨器，帶負(fù)載能力較強(qiáng))”5比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)根據(jù)比例積分微分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實(shí)驗(yàn)箱上的“通用電路單元十”設(shè)計(jì)并組建其相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個(gè)單元為反相器，其中R0=200K。若比例系數(shù)K=

52、2、積分時(shí)間常數(shù)TI =0.1S、微分時(shí)間常數(shù)TD =0.1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=1uF (K= (R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=2，TI=R1C2=100K×1uF=0.1S，TD=R2C1=100K×1uF=0.1S)；若比例系數(shù)K=1.1、積分時(shí)間常數(shù)TI =1S、微分時(shí)間常數(shù)TD =0.1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=10uF (K= (R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=1.1，TI=R1C2=100K×10uF=1S，TD=R2C1=100

53、K×1uF=0.1S)；當(dāng)ui為一單位階躍信號(hào)時(shí)，用“THKKL-5”軟件觀測(cè)(選擇“通道3-4”，其中通道AD3接電路的輸出uO；通道AD4接電路的輸入ui)并記錄不同K、TI、TD值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。注：在本實(shí)驗(yàn)中“THKKL-5”軟件的采集頻率設(shè)置為150K，采樣通道最好選擇“通道3-4(有跟隨器，帶負(fù)載能力較強(qiáng))”6慣性環(huán)節(jié)根據(jù)慣性環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實(shí)驗(yàn)箱上的“通用電路單元二”、“通用電路單元五”設(shè)計(jì)并組建其相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個(gè)單元為反相器，其中R0=200K。若比例系數(shù)K=1、時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100

54、K，C=10uF(K= R2/ R1=1，T=R2C=100K×10uF=1)。若比例系數(shù)K=1、時(shí)間常數(shù)T=0.1S時(shí)，電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1，T=R2C=100K×1uF=0.1)。通過改變R2、R1、C的值可改變慣性環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和時(shí)間常數(shù)T。當(dāng)ui為一單位階躍信號(hào)時(shí)，用“THKKL-5”軟件觀測(cè)并記錄不同K及T值時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。7根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)存儲(chǔ)的波形及記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出各典型環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)電路圖，并注明參數(shù)。2寫出各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。3根據(jù)測(cè)得的典型環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)變化對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響。七、實(shí)驗(yàn)思考題1用運(yùn)放模擬典型環(huán)節(jié)時(shí)，其