自控理論實驗指導書

1、1目目 錄錄實驗一 典型環(huán)節(jié)的模擬研究.2實驗二 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性.8實驗三 二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線.11實驗四 二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線.16實驗五 典型非線性環(huán)節(jié).20實驗六 線形系統(tǒng)的校正.24實驗七 采樣控制系統(tǒng)分析.422實驗一實驗一 典型環(huán)節(jié)的模擬研究典型環(huán)節(jié)的模擬研究一一. 實驗要求實驗要求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)特性的影響二實驗內(nèi)容及步驟二實驗內(nèi)容及步驟在實驗中欲觀測實驗結果時，選用虛擬示波器，只要運行 LABACT 程序，選擇自動控制自動控

2、制菜單下的線線性系統(tǒng)的時域分析性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗項目，再選擇開始實驗開始實驗，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始開始即可使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 1-1 所示。圖 1-1 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)：01iORRKK(S)U(S)U(S)G單位階躍響應： K)t (U實驗步驟：實驗步驟： 注：注：S ST不能用不能用“短路套短路套”短接！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（U

3、i）： 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） 。階躍信號輸出（B1-2 的 Y 測孔）調(diào)整電壓值（調(diào)節(jié)方法：按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕，L9 燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用一根線連接 D1 顯示單元 AX1 和 Y 測孔） 。（2）構造模擬電路：按圖 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1A1當電阻 R1=100K 時當電阻 R1=200K 時S4，S7S4，S82A6S2，S6（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 OUT（Uo） 。注：CH1 選1

4、檔。時間量程選1檔。 （4）運行、觀察、記錄：打開虛擬示波器的界面，點擊開始開始，按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕（0+1V 階躍） ，用示波器觀測 A6 輸出端（Uo）的實際響應曲線 Uo（t）及數(shù)據(jù)并記錄波形及數(shù)據(jù)。改變比例系數(shù)（改變運算模1信號輸入（Ui）B1（Y） A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUTA6（H1）3擬單元 A1 的反饋電阻 R1） ，重新觀測結果，記錄波形及數(shù)據(jù)。2)觀察慣性環(huán)節(jié)的階躍響應曲線觀察慣性環(huán)節(jié)的階躍響應曲線典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路如圖 1-2 所示。圖 1-2 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)： CRT,RRK,TS1K(S)U(S)U(S)G101i

5、O單位階躍響應： )1 ()(0TteKtU實驗步驟：實驗步驟： 注：注：S ST不能用不能用“短路套短路套”短接！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（GND） ，右邊 K4 開關撥下（0/+5V 階躍） 。階躍信號輸出（B1-2 的 Y 測孔）調(diào)整電壓值（調(diào)節(jié)方法：按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕，L9 燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用一根線連接 D1 顯示單元 AX1 和 Y 測孔） 。（2）構造模擬電路：按圖 1-2 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1A1當電容

6、 C=1uf 時當電容 C=2uf 時S4，S8，S10S4,S8,S10,S112A6S2，S6（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 OUT（Uo） 。注：CH1 選1檔。時間量程選1檔。（4）運行、觀察、記錄：打開虛擬示波器的界面，點擊開始開始，按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕時（0+1V 階躍） ，用示波器觀測 A6 輸出端（Uo）的實際響應曲線 Uo（t） ，記錄波形及數(shù)據(jù)。改變時間常數(shù)（改變運算模擬單元 A1 的反饋電容 C） ，重新觀測結果，記錄波形及數(shù)據(jù)。3)觀察積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線觀察積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖

7、 1-3 所示。圖 1-3 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路1信號輸入（Ui）B1（Y） A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT）A6（H1）4典型積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：CRT,TS1(S)U(S)U(S)G0iO單位階躍響應： tT1)(tU0 實驗步驟：注：實驗步驟：注：S ST用短路套短接！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)生的周期性方波信號（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，將自動對模擬電路鎖零。將 S1 撥動開關置于最上檔（階躍信號） ，S2 撥動開關置于 0.2S6S 檔。（2）構造模擬電路：按圖 1-3 安

8、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（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 OUT（Uo） 。注：CH1 選1檔。時間量程選4檔。（4）運行、觀察、記錄：用一根線連接 D1 顯示單元 AX1 和 B5 的 OUT，先調(diào)節(jié)“調(diào)寬”旋鈕為最小，再調(diào)節(jié)“調(diào)幅”旋鈕輸出幅度在 1V。打開虛擬示波器的界面，點擊開始開始，用示波器觀測 A6 輸出端（Uo） ，調(diào)節(jié)“調(diào)寬”旋鈕，輸出信號幅值慢慢增加，直到積分輸出接近 5V 為止（不能超過 5V） ，記錄波形及數(shù)據(jù)。 改變時間常數(shù)（改變運算模擬單元 A1 的反饋電容 C） ，重新觀測結果，記錄

9、波形及數(shù)據(jù)。4)觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線觀察比例積分環(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 1-4 所示.。圖 1-4 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)： CRT,RRK,)TS11(K(S)U(S)U(S)G101iO單位階躍響應： tT11K)t (UO實驗步驟：注：實驗步驟：注：S ST用短路套短接！用短路套短接！1信號輸入（Ui）B5（OUT）A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT）A6（H1）模塊號跨接座號1A1當電容 C=1uf時當電容 C=2uf時S4，S10S4，S10，S112A6S2，S63B5S-ST5（1）為了避免積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器（B

10、5）所產(chǎn)生的周期性方波信號（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） ；該信號為零輸出時將自動對模擬電路鎖零。將 S1 撥動開關置于最上檔（階躍信號） ，S2 撥動開關置于 0.2S6S 檔。（2）構造模擬電路：按圖 1-4 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1A5當電容 C=1uf 時當電容 C=2uf 時S4，S8S4，S92A6S2，S63B5S-ST（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 OUT（Uo） 。注：CH1 選1檔。時間量程調(diào)選4檔。（4）運行、觀察、記錄：

11、用一根線連接 D1 顯示單元 AX1 和 B5 的 OUT，先調(diào)節(jié)“調(diào)寬”旋鈕為最小，再調(diào)節(jié)“調(diào)幅”旋鈕輸出幅度在 1V。打開虛擬示波器的界面，點擊開始開始，用示波器觀測 A6 輸出端（Uo） ，調(diào)節(jié)“調(diào)寬”旋鈕，輸出信號幅值慢慢增加，直到積分輸出接近 5V 為止（不能超過 5V） ，記錄波形及數(shù)據(jù)。 改變時間常數(shù)及比例系數(shù)（改變運算模擬單元 A5 的反饋電容 C） ，重新觀測結果，記錄波形及數(shù)據(jù)。 5)觀察比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應曲線觀察比例微分環(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 1-5 所示。圖 1-5 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)： )ST1ST1(K(S

12、)U(S)U(S)G21iO02132321211RRRK,CRT,C)RRRRR(T單位階躍響應：KtKTtU)()(0實驗步驟：注：實驗步驟：注：S ST用短路套短接用短路套短接!（1）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的輸出（OUT）作為輸入 R。(連續(xù)的正輸出寬度足夠大的階躍信號)將該單元的 S1 置階躍檔（最頂端） ，S2 撥動開關置于 2mS0.6S 檔。（2）構造模擬電路：按圖 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運放級聯(lián)A5（OUT）A6（H1）6（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：示波器輸入端 CH1接到 A6

13、 單元信號輸出端 OUT（Uo） 。（4）運行、觀察、記錄： CH1 選1檔。時間量程選4檔。同上。打開虛擬示波器的界面，點擊開始開始，用示波器觀測 A6 輸出端（Uo） ，只記錄波形。 改變時間常數(shù)及比例系數(shù)（改變運算模擬單元 A2 的反饋電阻 R1） ，重新觀測結果，只記錄波形。 6)觀察觀察 PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)的響應曲線（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 1-6 所示。圖 1-6 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)： STKSTKK(S)U(S)U(S)GdPiPPiO 021P121i232121dRRRK,C)RR(

14、T,C)RRRRR(T單位階躍響應： tTKK)t (TK)t (UpPDp0實驗步驟：注：實驗步驟：注：S ST用短路套短接！用短路套短接！（1）為了避免積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性方波信號（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） ；該信號為零輸出時將自動對模擬電路鎖零。將 S1 撥動開關置于最上檔（階躍信號） ，S2 撥動開關置于 2mS0.6S 檔。（2）構造模擬電路：按圖 1-6 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1A2當電阻 R1=10K時當電阻 R1=20K時S1，S7S1，S82A6S

15、2，S63B5S-ST模塊號跨接座號1A2當電阻 R1=10K 時當電阻 R1=20K 時S1，S7，S9S1，S8，S92A6S2，S63B5S-ST1信號輸入（Ui）B5（OUT）A2（H1）2運放級聯(lián)A2（OUT）A6（H1）7（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。（4）運行、觀察、記錄： CH1 選1檔。時間量程選4檔。 打開虛擬示波器的界面，點擊開始開始，用示波器觀測系統(tǒng)的信號輸入（Ui） ，調(diào)節(jié)“調(diào)幅”旋鈕（正輸出幅度在 1V 左右。 用示波器觀測 A6 輸出端（Uo） ，調(diào)節(jié)“調(diào)寬”旋鈕，輸入信號幅值慢慢增加，直到積分輸出接近 5V 為止

16、（不能超過 5V） ，只記錄波形。 改變時間常數(shù)及比例系數(shù)（改變運算模擬單元 A2 的反饋電阻 R1） ，重新觀測結果，只記錄波形。比例系數(shù)比例環(huán)節(jié)反饋電阻R1階躍響應曲線理論值實測值100KR0=200K200K慣性時間常數(shù) T反饋電阻R1反饋電容C理論值實測值2u慣性環(huán)節(jié)R0=200K200K1u階躍響應曲線積分常數(shù) T積分環(huán)節(jié)反饋電容C階躍響應曲線 i理論值實測值2uR0=200K1u比例系數(shù) K積分常數(shù) T比例積分環(huán)節(jié)反饋電阻R1反饋電容C階躍響應曲線理論實測理論實測2uR0=200K200K1u比例微分環(huán)節(jié)反饋電阻R1階躍響應曲線10KR0=10K20K比例微分積分環(huán)節(jié)反饋電阻R1階

17、躍響應曲線10KR0=10K20K三實驗報告1 畫出各實驗環(huán)節(jié)的電路圖，寫出傳遞函數(shù)。2 記錄各實驗環(huán)節(jié)的測試數(shù)據(jù)并畫出各實驗環(huán)節(jié)的響應曲線。3 和理論值比較分析誤差的原因。四預習要求1 閱讀自控原理書，掌握時域性能指標的測量方法。2 分析典型一階系統(tǒng)的模擬電路和基本原理。1信號輸入（Ui）B5（OUT）A2（H1）2運放級聯(lián)A2（OUT）A6（H1）8實驗二實驗二 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性一實驗要求一實驗要求1.了解和掌握典型二階系統(tǒng)模擬電路的構成方法及型二階閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)標準式2.研究二階閉環(huán)系統(tǒng)的結構參數(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

18、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 Mp、tp、ts 的計算4.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 Mp、tp、ts 值，并與理論計算值作比對。二實驗原理二實驗原理及說明及說明圖 2-1 是典型的型二階單位反饋系統(tǒng)原理方塊圖。圖 2-1 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)： （2-1）) 1()(TSTiSKSG型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)標準式： （2-2）2222)(1)()(nnnSSSGSGs自然頻率（無阻尼振蕩頻率）： 阻尼比： （2-3）TiTKnKTTi21有二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電

19、路如圖 2-2 所示。它由積分環(huán)節(jié)（A2）和慣性環(huán)節(jié)（A3）構成。圖 2-2 型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路9圖 2-2 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該閉環(huán)系統(tǒng)在 A3 單元中改變輸入電阻 R 來調(diào)整增益 K，R 分別設定為 4k、40k、100k 。模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)代入式（2-1） ，該電路的開環(huán)傳遞函數(shù)為：RkRRKSSKTSTiSKSG100) 11 . 0() 1()(2其中模擬電路的開環(huán)傳遞函數(shù)代入式（2-2） ，該電路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：KSSK

20、SSsnnn1010102)(2222模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)代入式（2-3） ，該電路的自然頻率、阻尼比和增益 K 的關系式為： Kn10TiTKKi1021KTT21當 R=100k， K=1 =1.58 1 為過阻尼響應， 當 R=40k， K=2.5 =1 為臨界阻尼響應， 當 R=4k， K=25 =0.316 01過阻尼100K=1臨界阻尼40K10K4K01欠阻尼2K 表表 2：改變慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù) （積分時間常數(shù) Ti=1，慣性環(huán)節(jié)增益 K=25，R=4K，C1=2u）超調(diào)量MP(%)峰值時間tP調(diào)節(jié)時間tS參數(shù)項目反饋電容C2 增加（A3）（減?。╇A躍響應曲線自然頻率Wn（計算值

21、)阻尼比（計算值)測量值計算值測量值計算值測量值計算值1u1信號輸入r(t)B1（Y） A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUTA2（H1）3運放級聯(lián)A2（OUTA3（H1）4負反饋A3（OUTA1（H2）5運放級聯(lián)A3（OUTA6（H1）6跨接元件4K、40K、100K元件庫 A7 中直讀式可變電阻依次跨接到A3（H1）和（IN）之間112u3u四實驗報告1 畫出二階系統(tǒng)的電路圖和結構圖，寫出傳遞函數(shù)和 Wn， 的表達式。寫出實驗原理。2 記錄不同的 Wn， 條件下測試數(shù)據(jù)并畫出各實驗的響應曲線。3 和理論值比較分析誤差的原因，并完成其作業(yè)。五預習報告1 閱讀實驗原理部分，掌握時域性能指標的測量方

22、法。2 按實驗中二階系統(tǒng)的給定參數(shù)，計算出不同的輸入電阻 R（A3） ，反饋電容 C2，條件下 Wn ，超調(diào)量 MP(%)，峰值時間 tP ，調(diào)節(jié)時間 tS 的理論值。實驗三實驗三 二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一實驗要求一實驗要求1研究二階閉環(huán)系統(tǒng)的結構參數(shù)-自然頻率（無阻尼振蕩角頻率）n、阻尼比 對對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線的影響。2了解和掌握二階閉環(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)(L)()Re(的計算)Im(3了解和掌握欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中的自然頻率n、阻尼比 、諧振頻率r和諧振峰值 L(r)的計算。4觀察和分析欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)的諧振頻率r、諧振

23、峰值 L(r)，并與理論計算值作比對。二實驗原理二實驗原理及說明及說明被測系統(tǒng)的方塊圖見圖 3-1。圖 3-1 被測系統(tǒng)方塊圖圖 3-1 所示被測系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)： （3-1）(SH(S)G(S)G1(S)G(S)G(S)R(S)C(S)2121以角頻率為參數(shù)的閉環(huán)系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性和相頻特性為：12 （3-2）)(lg20)(jL)()(j 以角頻率為參數(shù)的閉環(huán)系統(tǒng)實頻特性和虛頻特性為： （3-3）)(cos)j()j(Re)Re( （3-4）)(sin)j()j(Im)Im(本實驗以實驗二二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性中二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路為例，該系統(tǒng)由積分環(huán)節(jié)（A2 單元）和慣性環(huán)節(jié)（A3 單

24、元）構成，令積分時間常數(shù)為 Ti，慣性時間常數(shù)為 T，開環(huán)增益為K，可得： 自然頻率： 阻尼比： （3-5）TiTKnKTTi21諧振頻率： 諧振峰值： （3-6）221nr2121lg20)(rL頻率特性測試電路如圖 3-2 所示，其中慣性環(huán)節(jié)（A3 單元）的 R 用元件庫 A7 中可變電阻取代。圖 3-2 二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測試電路 圖 3-2 二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(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=R3*C2=0.1S，開環(huán)增益 K=R3/R。設開環(huán)增益 K=25（R=4K） ，各環(huán)節(jié)參數(shù)代入式（3-5

25、） ，得：n = 15.81 = 0.316；再代入式（3-6） ，得：諧振頻率：r = 14.14 諧振峰值： 44. 4)(rL 注注 1：根據(jù)本實驗機的現(xiàn)況，要求構成被測二階閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼比 必須滿足式（3-7） ，否則模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（B8 單元）將產(chǎn)生削頂。 即 （3-7）102. 0042. 0KTTi注注 2：實驗機在測試頻率特性時，實驗開始后，實驗機將按序自動產(chǎn)生 0.5Hz16Hz 等多種頻率信號，當被測系統(tǒng)的輸出時將停止測試。mVtC60)(三實驗內(nèi)容及步驟三實驗內(nèi)容及步驟本實驗將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號發(fā)生器，自動產(chǎn)生的超低頻正弦信號的頻率從低到高變化（0.5Hz16

26、Hz） ，OUT2 輸出施加于被測系統(tǒng)的輸入端r(t)，然后分別測量被測系統(tǒng)的輸出信號的閉環(huán)對數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關運算后在虛擬示波器中顯示。 實驗步驟：實驗步驟： 注：注：S ST不能用不能用“短路套短路套”短接！短接?。?）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出 OUT2 作為被測系統(tǒng)的輸入。（2）構造模擬電路：按圖 3-2 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13（3）運行、觀察、記錄： 將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出 OUT2 作為被測系統(tǒng)的輸入，運行 LABACT 程序，在界面的自動控自動控制制菜單下的線性線性控制系統(tǒng)的頻率響應分析控制系統(tǒng)的頻率響應分析-實驗項目，選擇二

27、階系統(tǒng)階系統(tǒng)，再選擇開始實驗開始實驗就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始開始，實驗開始后，實驗機將自動產(chǎn)生 0.5Hz16H 等多種頻率信號，等待將近十分鐘，測試結束后，觀察閉環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線。記錄波形及數(shù)據(jù)。 測試結束后，可點擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項進行切換，將顯示被測系統(tǒng)的閉環(huán)對數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖） 。圖 3-2 的被測二階系統(tǒng)的閉環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線見圖 3-3（ac）所示。 顯示該系統(tǒng)用戶點取的頻率點的 、L、Im、Re實驗機在測試頻率特性結束后，將提示用戶用鼠標直接在幅頻或相頻特性曲線的界面上點擊所需增加的頻率

28、點（為了教育上的方便，本實驗機選取的頻率值 f，以 0.1Hz 為分辨率，例如所選擇的信號頻率f 值為 4.19Hz，則被認為 4.1 Hz 送入到被測對象的輸入端） ，實驗機將會把鼠標點取的頻率點的頻率信號送入到被測對象的輸入端，然后檢測該頻率的頻率特性。檢測完成后在界面上方顯示該頻率點的f、L、Im、Re 相關數(shù)據(jù)，同時在曲線上打十字標記 。如果增添的頻率點足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。鼠標在界面上移動時，在界面的左下角將會同步顯示鼠標位置所選取的角頻率 值及幅值或相位值。在AedkLabACT兩階頻率特性數(shù)據(jù)表中將列出所有測試到的頻率點的閉環(huán) L、Im、Re 等相關數(shù)據(jù)測量。注

29、：該數(shù)據(jù)表不能自動更新，只能用關閉后再打開的辦法更新。 諧振頻率和諧振峰值的測試：在閉環(huán)對數(shù)幅頻曲線中用鼠標在曲線峰值處點擊一下，待檢測完成后就可以根據(jù)十字標記測得該系統(tǒng)的諧振頻率r ，諧振峰值 L(r)，見圖 3-3(a)；實驗結果可與式（3-6）的計算值進行比對。注：注：用戶用鼠標只能在幅頻或相頻特性曲線的界面上點擊所需增加的頻率點，無法在幅相曲線的界面上點擊所需增加的頻率點。 改變增益 K（改變運算模擬單元 A3 的輸入電阻 R） ，改變慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)（改變運算模擬單元A3 的反饋電容 C2） ，改變積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)（改變運算模擬單元 A3 的反饋電容 C1）重新觀測結果，界面上方將顯

30、示該系統(tǒng)用戶點取的頻率點的 、L、Im、Re、諧振頻率r ，諧振峰值 L(r)等相關數(shù)據(jù)，記錄波形及數(shù)據(jù)，填入表中。（a）閉環(huán)對數(shù)幅頻曲線模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S2，S10，S113A3S8，S95A6S2，S61信號輸入B2（OUT2） A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運放級聯(lián)A3（OUT）A6（H1）4負反饋A3（OUT）A1（H2）6A6（OUT） A9（CIN）7A9（COUT） B4（A2）8相位測量B4（Q2） B9（IRQ6）9幅值測量A6（OUT） B8（IN4）10跨接元件二極管元件庫 A8 中二極管負端接到 A6（OUT） ，正端接到GND1

31、1跨接元件（4K）元件庫 A7 中可變電阻跨接到A2（OUT）和 A3（IN）之間諧振頻率 r諧振峰值L(r)14（b）閉環(huán)對數(shù)相頻曲線（c）閉環(huán)幅相曲線圖 3-3 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表表 1： 改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益，Ti=1（C1=2u） ，T=0.1（C2=1u） （ R 減?。?減?。┙穷l率 = rad/s輸入電阻R（A3）幅值 L dB相位差實部 Re虛部 Im諧振頻率r諧振幅值L(r)15測量值 計算值測量值計算值測量值 計算值測量值計算值測量值 計算值測量值 計算值10K（K=10）4K（K=25）2K（K=50）表表 2： 改變慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)，T

32、i=1（C1=2u） ，K=25（R=4K） ， （C2增加， 減小）角頻率 = rad/s幅值 L dB相位差實部 Re虛部 Im諧振頻率r諧振幅值L(r)反饋電容C2（A3） 測量值 計算值測量值計算值測量值 計算值測量值計算值測量值 計算值測量值 計算值1u（T=0.1）2u（T=0.2）3u（T=0.3）表表 3： 改變積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)，T=0.1（C2=1u） ，K=25（R=4K） ，C1 減?。?減小）角頻率 = rad/s幅值 L dB相位差實部 Re虛部 Im諧振頻率r諧振幅值L(r)反饋電容C1（A2） 測量值 計算值測量值計算值測量值 計算值測量值計算值測量值 計算值測量

33、值 計算值2u（Ti=1）1u（Ti=0.5）四實驗報告1 畫出二階系統(tǒng)的電路圖和結構圖，寫出角頻率為參數(shù)的閉環(huán)系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性表達式，對數(shù)相頻特性表達式，實頻特性和虛頻特性的表達式和諧振頻率，諧振幅值的表達式。2 記錄不同的諧振頻率，諧振幅值條件下測試數(shù)據(jù)并畫出相應的二階閉環(huán)系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線和幅相曲線3 和理論值比較分析誤差的原因。16五預習報告1 閱讀實驗原理部分，掌握頻率特性的測量方法。2 按表中的給定參數(shù)，計算出不同的輸入電阻 R（A3） ，反饋電容 C2，C1，條件下，幅值 L dB，相位差，實部 Re ，虛部 Im，諧振頻率，諧振幅值的理論值。實驗四實驗四 二階開環(huán)系統(tǒng)

34、的頻率特性曲線二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一實驗要求一實驗要求1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。c2了解和掌握二階開環(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)(L)()Re(性的計算。)Im(3了解和掌握欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)中的相位裕度和幅值穿越頻率的計算。c4觀察和分析欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)波德圖中的相位裕度和幅值穿越頻率，與計算值作比對。c二實驗原理及說明二實驗原理及說明由于型系統(tǒng)含有一個積分環(huán)節(jié)，它在開環(huán)時響應曲線是發(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

35、幅值穿越頻率c、相位裕度 ：幅值穿越頻率： （4-1）24241nc相位裕度： （4-2）424122arctan)(180c 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：173070 （4-3）本實驗以實驗二二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線為例，得： c =14.186 =34.93 本實驗所構成的二階系統(tǒng)符合式（4-3）要求。三實驗內(nèi)容及步驟三實驗內(nèi)容及步驟被測系統(tǒng)模擬電路圖的構成如圖 3-2 所示。 （同二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測試構成）本實驗將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號發(fā)生器，自動產(chǎn)生的超低頻正弦信號

36、的頻率從低到高變化（0.5Hz16Hz） ，OUT2 輸出施加于被測系統(tǒng)的輸入端r(t)，然后分別測量被測系統(tǒng)的輸出信號的開環(huán)對數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關運算后在虛擬示波器中顯示。實驗步驟：實驗步驟： 注：注：S ST不能用不能用“短路套短路套”短接！短接?。?）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出 OUT2 作為被測系統(tǒng)的輸入。（2）構造模擬電路：安置短路套及測孔聯(lián)線表同笫 3.2 節(jié)二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線測試 。-（3）運行、觀察、記錄： 將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出 OUT2 作為被測系統(tǒng)的輸入，運行 LABACT 程序，在界面的自動控制自動控制菜單下的線性線性控制系統(tǒng)的頻率響應分析控制系統(tǒng)的頻率

37、響應分析-實驗項目，選擇二階系統(tǒng)階系統(tǒng)，再選擇開始實驗開始實驗就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始開始，實驗開始后，實驗機將自動產(chǎn)生 0.5Hz16H 等多種頻率信號，等待將近十分鐘，測試結束后，觀察閉環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線，記錄波形及數(shù)據(jù)。 待實驗機把閉環(huán)閉環(huán)頻率特性測試結束后，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，點擊確定后，示波器界面左上角的紅字，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擊（任一項） ，在示波器上將轉(zhuǎn)為開環(huán)開環(huán)頻率特性顯示界面?？牲c擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項進行切換，將顯示被測系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻、相

38、頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖） 。在開環(huán)頻率特性界面上，亦可轉(zhuǎn)為閉環(huán)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，有紅色開環(huán)或閉環(huán)字表示當前界面的顯示狀態(tài)。圖 3-2 的被測二階系統(tǒng)的開環(huán)開環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線的實驗結果見圖 4-1（ac）所示。 顯示該系統(tǒng)用戶點取的頻率點的 、L、Im、Re實驗機在測試頻率特性結束后，將提示用戶用鼠標直接在幅頻或相頻特性曲線的界面上點擊所需增加的頻率點（為了教育上的方便，本實驗機選取的頻率值 f，以 0.1Hz 為分辨率，例如所選擇的信號頻率f 值為 4.19Hz，則被認為 4.1 Hz 送入到被測對象的輸入端） ，實驗

39、機將會把鼠標點取的頻率點的頻率信號送入到被測對象的輸入端，然后檢測該頻率的頻率特性。檢測完成后在界面上方顯示該頻率點的f、L、Im、Re 相關數(shù)據(jù)，同時在曲線上打十字標記 。如果增添的頻率點足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。鼠標在界面上移動時，在界面的左下角將會同步顯示鼠標位置所選取的角頻率 值及幅值或相位值。在AedkLabACT兩階頻率特性數(shù)據(jù)表中將列出所有測試到的頻率點的開環(huán) L、Im、Re 等相關數(shù)據(jù)測量。注：該數(shù)據(jù)表不能自動更新，只能用關閉后再打開的辦法更新。 幅值穿越頻率c ，相位裕度 的測試：在開環(huán)對數(shù)幅頻曲線中，用鼠標在曲線 L()=0 處點擊一下，待檢測完成后，就可以根

40、據(jù)十字標記測得系統(tǒng)的幅值穿越頻率c ，見圖 4-1 (a)；同時還可在開環(huán)對數(shù)相頻曲線上根據(jù)十字標記測得該系統(tǒng)的相位裕度 ，見圖 4-1（b） 。實驗結果可與式（4-1）和（4-2）的理論計算值進行比對。注 1：用戶用鼠標只能在幅頻或相頻特性曲線的界面上點擊所需增加的頻率點，無法在幅相曲線的界18面上點擊所需增加的頻率點。注 2：由于本實驗機采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD0809 分辨率（8 位）的局限，造成了信號幅度測量誤差。這誤差對閉環(huán)系統(tǒng)特性的測量影響不大；但是在計算和繪制開環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線時，這誤差就影響大了，反映到特性曲線上，感覺不平滑。注 3：頻率點如選擇在 0.1 Hz0.

41、4Hz 時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD0809 分辨率（8 位）的局限及被測系統(tǒng)的離散性將帶來較大的誤差，其數(shù)據(jù)僅供參考。 改變增益 K（改變運算模擬單元 A3 的輸入電阻 R） ，改變慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)（改變運算模擬單元A3 的反饋電容 C2） ，改變積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)（改變運算模擬單元 A3 的反饋電容 C1）重新觀測結果，界面上方將顯示該系統(tǒng)用戶點取的頻率點的 、L、Im、Re、穿越頻率 c，相位裕度h（度）等相關數(shù)據(jù)，記錄波形及數(shù)據(jù)，填入表中。（a）開環(huán)對數(shù)幅頻曲線（b）開環(huán)對數(shù)相頻曲線穿越頻率 c穿越頻率 c相角裕度 19（c）開環(huán)幅相曲線圖 4-1 被測二階開環(huán)系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線和幅相

42、曲線表表 1： 改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益，Ti=1（C1=2u） ，T=0.1（C2=1u） （ R 減小， 減?。┙穷l率 = rad/s幅值 L dB相位差實部 Re虛部 Im穿越頻率c相位裕度h輸入電阻R（A3） 測量值 計算值測量值計算值測量值 計算值測量值計算值測量值 計算值測量值 計算值10K（K=10）4K（K=25）2K（K=50）表表 2： 改變慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)，Ti=1（C1=2u） ，K=25（R=4K） ， ， （C2增加， 減?。┙穷l率 = rad/s反饋電容C2（A3） 幅值 L dB相位差實部 Re虛部 Im穿越頻率c相位裕度h20測量值 計算值測量值計算值測量值 計算

43、值測量值計算值測量值 計算值測量值 計算值1u（T=0.1）2u（T=0.2）3u（T=0.3）表表 3： 改變積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)，T=0.1（C2=1u） ，K=25（R=4K） ， （C1 減小， 減?。┙穷l率 = rad/s幅值 L dB相位差實部 Re虛部 Im穿越頻率c相位裕度h反饋電容C1（A2） 測量值 計算值測量值計算值測量值 計算值測量值計算值測量值 計算值測量值 計算值2u（Ti=1）1u（Ti=0.5）四實驗報告1 畫出二階系統(tǒng)的電路圖和結構圖，寫出角頻率為參數(shù)的開環(huán)系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性表達式，對數(shù)相頻特性表達式，實頻特性和虛頻特性的表達式和穿越頻率，相位裕度的表達式。2 記錄

44、不同的穿越頻率，相位裕度條件下測試數(shù)據(jù)并畫出相應的二階開環(huán)系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線和幅相曲線。3 和論值比較分析誤差的原因。五預習報告1 閱讀實驗原理部分，掌握頻率特性的測量方法。2 按表中的給定參數(shù)，計算出不同的輸入電阻 R（A3） ，反饋電容 C2，C1，條件下，幅值 L dB，相位差，實部 Re ，虛部 Im，穿越頻率，相位裕度的理論值。實驗五實驗五 典型非線性環(huán)節(jié)典型非線性環(huán)節(jié)一實驗要求一實驗要求1. 了解和掌握典型非線性環(huán)節(jié)的原理。2.用相平面法觀察和分析典型非線性環(huán)節(jié)的輸出特性。二實驗原理二實驗原理及說明及說明實驗以運算放大器為基本元件，在輸入端和反饋網(wǎng)絡中設置相應元件（穩(wěn)壓管

45、、二極管、電阻和電容）組成各種典型非線性的模擬電路，模擬電路見圖 5-5 圖 5-8 所示。1繼電特性繼電特性理想繼電特性的特點是：當輸入信號大于 0 時，輸出 U0=+M，輸入信號小于 0，輸出 U0=-M。理想繼電特性如圖 5-1 所示，模擬電路見圖 5-5，圖 5-1 中 M 值等于雙向穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。21 圖 5-1 理想繼電特性 圖 5-2 理想飽和特性 注：由于流過雙向穩(wěn)壓管的電流太?。?mA） ，因此實際 M 值只有 3.7V。2飽和特性飽和特性飽和特性的特點是：當輸入信號較小時，即小于|a|時，電路將工作于線性區(qū)，其輸出 U0=KUi，如輸入信號超過|a|時，電路將工作于飽和區(qū)

46、，即非線性區(qū)，U0=M。理想飽和特性見圖 5-2 所示，模擬電路見圖 5-6，圖 5-2 中 M 值等于雙向穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，斜率 K 等于前一級反饋電阻值與輸入電阻值之比，即： K=Rf/Ro。a 為線性寬度。 3死區(qū)特性死區(qū)特性死區(qū)特性特點是：在死區(qū)內(nèi)雖有輸入信號，但其輸出 U0=0，當輸入信號大于或小于|時，則電路工作于線性區(qū)，其輸出 U0=KUi。死區(qū)特性如圖 5-3 所示，模擬電路見圖 5-7，圖 5-3 中斜率 K 為： 死區(qū)0RRKf)(4 . 0)(123022VRVR式中 R2的單位 K，且 R2=R1。 （實際還應考慮二極管的壓降值） 圖 5-3 死區(qū)特性 圖 5-4 間隙特

47、性4間隙特性間隙特性間隙特性的特點是：輸入信號從-Ui變化到+Ui，與從+Ui變化到-Ui時，輸出特性的變化軌跡是不重疊的，其表現(xiàn)在 X 軸上是，即為間隙。間隙特性如圖 5-4 所示，模擬電路見圖 5-8，圖 5-4 圖中空回的寬度（OA）為：式中 R2的單位為 K， （R2=R1） 。 特性斜率 tg 為： )(4 . 0)(123022VRVR0RRCCtgffi改變 R2和 R1可改變空回特性的寬度；改變或值可調(diào)節(jié)特性斜率（tg） 。0RRi)(fiCC三實驗步驟及內(nèi)容三實驗步驟及內(nèi)容運行 LABACT 程序，選擇自動控制自動控制菜單下的非線性系統(tǒng)的相平面分析非線性系統(tǒng)的相平面分析下的典

48、型非線性環(huán)節(jié)典型非線性環(huán)節(jié)實驗項目，再選擇開始實驗開始實驗，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始開始即可使用本實驗機配套的虛擬示波器（B3）的CH1、CH2 測量波形。1)測量繼電特性測量繼電特性繼電特性模擬電路見圖 5-5。22圖 5-5 繼電特性模擬電路實驗步驟：實驗步驟： 注：注：S ST不能用不能用“短路套短路套”短接！短接！CH2 選選X1檔！檔?。?）將信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器中心 Y 測孔，作為系統(tǒng)的-5V+5V 輸入信號（Ui）：B1 單元中的電位器左邊 K3 開關撥上（-5V） ，右邊 K4 開關也撥上（+5V） 。 （2）構造模擬電路：按圖 5-5 安置短路套及測孔

49、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1A3S1，S122A6S2，S6（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：觀察時要用虛擬示波器中的 X-Y 選項示波器輸入端信號輸出端CH1（選 X1 檔） A6 單元的 OUT（模塊輸出(Uo)）送 Y 軸顯示CH2（選 X1 檔） A3 單元的 H1（模塊輸入(Ui)）送 X 軸顯示（4）運行、觀察、記錄：慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號發(fā)生器 B1 單元的電位器，調(diào)節(jié)范圍-5V+5V） ，觀測并記錄示波器上的 U0Ui圖形和數(shù)據(jù)。2)測量飽和特性測量飽和特性 飽和特性模擬電路見圖 5-6。圖 5-6 飽和特性模擬電路實驗步驟：注：實驗步驟：

50、注：S ST不能用不能用“短路套短路套”短接！短接！CH2 選選X1檔！檔?。?）將信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器中心 Y 測孔，作為系統(tǒng)的-5V+5V 輸入信號（Ui）： B1 單元中的電位器左邊 K3 開關撥上（-5V） ，右邊 K4 開關也撥上（+5V） 。（2）構造模擬電路：按圖 5-6 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）B1（Y） A3（H1）2運放級聯(lián)A3（OUT）A6（H1）1信號輸入（Ui）B1（Y） A3（H1）2運放級聯(lián)A3（OUT）A6（H1）模塊號跨接座號1A3S1，S6，S122A6S2，S623（3）虛擬示波器（B3

51、）的聯(lián)接：觀察時要用虛擬示波器中的 X-Y 選項示波器輸入端信號輸出端CH1（選 X1 檔）A6 單元的 OUT（模塊輸出(Uo)）送 Y 軸顯示CH2（選 X1 檔）A3 單元的 H1（模塊輸入(Ui)）送 X 軸顯示（4）運行、觀察、記錄：慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（調(diào)節(jié)信號發(fā)生器 B1 單元的電位器，調(diào)節(jié)范圍-5V+5V） ，觀測并記錄示波器上的 U0Ui 圖形和數(shù)據(jù)。3)測量死區(qū)特性測量死區(qū)特性死區(qū)特性模擬電路見圖 5-7。圖 5-7 死區(qū)特性模擬電路實驗步驟實驗步驟： 注：注：S ST不能用不能用“短路套短路套”短接！短接！CH2 選選X1檔！檔?。?）用信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器和非

52、線性輸出 構造輸入信號（Ui）： a B1 單元中的電位器左邊 K3 開關撥上（-5V） ，右邊 K4 開關也撥上（+5V） 。 b B1 單元中的電位器的Y測孔聯(lián)線到非線性輸出的IN測孔， 非線性輸出的OUT測孔作為系統(tǒng)的輸入信號（Ui） 。（2）構造模擬電路：按圖 5-7 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（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：觀察時要用虛擬示波器中的 X-Y 選項示波器輸入端信號輸出端CH1（選 X1 檔）A6 單元的 OUT 模塊輸出(Uo)送 Y 軸顯示CH2（選 X1 檔）B1 單元的 IN 模塊輸入(Ui)送 X 軸顯示（4）運行、觀察、記錄

53、：慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（調(diào)節(jié)信號發(fā)生器 B1 單元的電位器，調(diào)節(jié)范圍-5V+5V） ，觀測并記錄示波器上的 U0U1圖形和數(shù)據(jù)。4)測量間隙特性測量間隙特性間隙特性的模擬電路見圖 5-8。1信號輸入（Ui）B1（OUT） A3（H1）2運放級聯(lián)A3（OUT）A6（H1）3信號聯(lián)線B1（Y） B1（IN）模塊號跨接座號1A3S4，S82A6S2，S624圖 5-8 間隙特性的模擬電路實驗步驟實驗步驟： 注：注：S ST不能用不能用“短路套短路套”短接！短接！CH2 選選X1檔！檔?。?）用信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器和非線性輸出 構造輸入信號（Ui）： aB1 單元中的電位器左邊 K3 開關撥

54、上（-5V） ，右邊 K4 開關也撥上（+5V） 。 bB1 單元中的電位器的Y測孔聯(lián)線到非線性輸出的IN測孔， 非線性輸出的OUT測孔作為系統(tǒng)的輸入信號（Ui） 。（2）構造模擬電路：按圖 5-8 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（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：觀察時要用虛擬示波器中的 X-Y 選項示波器輸入端信號輸出端CH1（選 X1 檔）A6 單元的 OUT（模塊輸出(Uo)）送 Y 軸顯示CH2（選 X1 檔）B1 單元的 IN（模塊輸入(Ui)）送 X 軸顯示（4）運行、觀察、記錄：慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器 ，調(diào)節(jié)范圍-

55、5V+5V） ，觀測并記錄示波器上的 U0Ui圖形和數(shù)據(jù)。注意：在做間隙特性實驗時應將 Ci 和 Cf 分別放電，即用短線分別將電容的兩端短接。否則將會導致波形的中心位置不在原點。四實驗報告1 畫出各實驗環(huán)節(jié)的電路圖，寫出傳遞函數(shù)。2 記錄各實驗環(huán)節(jié)的測試數(shù)據(jù)并畫出各實驗環(huán)節(jié)的響應曲線。3 和理論值比較分析誤差的原因。五預習要求閱讀實驗原理及實驗內(nèi)容，掌握各種典型非線性特性曲線的測量方法。1信號輸入（Ui）B1（OUT）A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT）A6（H1）3信號聯(lián)線B1(Y) B1(IN)模塊號跨接座號1A3S5，S102A6S2，S625實驗六實驗六 線形系統(tǒng)的校正線形系統(tǒng)的校正

56、6.16.1 頻域法串聯(lián)超前校正頻域法串聯(lián)超前校正頻域法校正主要是通過對被控對象的開環(huán)對數(shù)幅頻特性和相頻特性（波德圖）觀察和分析實現(xiàn)的。一實驗要求一實驗要求1了解和掌握二階系統(tǒng)中的閉環(huán)和開環(huán)對數(shù)幅頻特性和相頻特性（波德圖）的構造及繪制方法。2了解和掌握超前校正的原理，及超前校正網(wǎng)絡的參數(shù)的計算。3熟練掌握使用本實驗機的二階系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性和相頻特性的測試方法。4觀察和分析未校正系統(tǒng)和串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性和相頻特性，幅值)(L)(穿越頻率處 c，相位裕度 ，并與理論計算值作比對。二實驗原理及說明二實驗原理及說明超前校正的原理是利用超前校正網(wǎng)絡的相角超前特性，使中頻段斜率由-4

57、0dB/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，從而使閉環(huán)系統(tǒng)帶寬也增大，響應速度也加快。在設計超前校正網(wǎng)絡時，應使網(wǎng)絡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mc處，即 m=c。由于超前校正網(wǎng)絡的放大倍數(shù)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)絡后，必須提高系統(tǒng)的放大器增益 a 倍。超前校正網(wǎng)絡的電路圖及伯德圖見圖 6-1-1。圖 6-1-1 超前校正網(wǎng)絡的電路圖及伯德圖超前校正網(wǎng)絡傳遞函數(shù)為： （6-1-1）TS1aTS1a1)S(GC網(wǎng)絡的參數(shù)為： ，

58、（6-1-2）554RRRaCRRRRT5454 網(wǎng)絡的最大超前相位角為： 或為： （6-1-3）1a1-aarcsinmmmsin1sin1a處的對數(shù)幅頻值為： （6-1-4）m10lga)(LmC網(wǎng)絡的最大超前角頻率為： （6-1-5）aT1m三實驗內(nèi)容及步驟三實驗內(nèi)容及步驟 1未校正系統(tǒng)的時域特性的測試未校正系統(tǒng)的時域特性的測試未校正系統(tǒng)模擬電路圖見圖 6-1-2。本實驗將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元作為信號發(fā)生器， OUT 輸出施26加于被測系統(tǒng)的輸入端Ui，觀察 OUT 從 0V 階躍+2.5V 時被測系統(tǒng)的時域特性。圖 6-1-2 未校正系統(tǒng)模擬電路圖圖 6-1-2 未校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞

59、函數(shù)為：0.3S)0.2S(16)S(G模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)：積分環(huán)節(jié)（A5 單元）的積分時間常數(shù) Ti=R1*C1=0.2S， 慣性環(huán)節(jié)（A6 單元）的慣性時間常數(shù) T=R2*C2=0.3S， 開環(huán)增益 K=R2/R3=6。實驗步驟：實驗步驟： 注：注：S ST 用用“短路套短路套”短接！短接?。?）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的輸出（OUT）作為輸入 R。(連續(xù)的正輸出寬度足夠大的階躍信號)將該單元的 S1 置階躍檔（最頂端） ，S2 置0.2-6S檔。（2）構造模擬電路：按圖 6-1-2 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，S82A3S1，

60、S63A5S4，S104A6S4，S8，S95B5S-ST（1） 運行、觀察、記錄： 將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元作為信號發(fā)生器，OUT 輸出施加于被測系統(tǒng)的輸入端Ui， 運行 LABACT 程序，選擇界面的“工具工具”菜單選中“雙跡示波器雙跡示波器” （Alt+W）項，彈出雙跡示波器的界面，點擊開始開始，用虛擬示波器觀察和調(diào)整系統(tǒng)輸入信號，調(diào)節(jié)調(diào)幅電位器使 OUT 輸出電壓 2.5V，調(diào)節(jié)調(diào)寬電位器使 OUT 正輸出寬度3 秒。 觀察 OUT 從 0V 階躍+2.5V 時被測系統(tǒng)的時域特性，被測系統(tǒng)輸出的時域特性曲線見圖 6-1-3，等待一個完整的波形出來后，點擊停止停止，然后移動游標測量其超調(diào)