自動(dòng)化控制實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告

1、 6 -本科生實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程 自動(dòng)操縱原理 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 2013 指導(dǎo)教師 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 6C901 實(shí)驗(yàn)成績(jī) 二一五年四月二一五年五月線性系統(tǒng)的時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)一（3.1.1）典型環(huán)節(jié)的模擬研究一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夂驼莆崭鞯湫铜h(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)式觀看和分析各典型環(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)特性的阻礙二典型環(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)容及步驟觀看和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，了解各項(xiàng)電

2、路參數(shù)對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的阻礙.。改變被測(cè)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)電路參數(shù)，畫(huà)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)操縱菜單下的線性系統(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(kāi)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)觀看比例環(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

3、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(kāi)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A6（OUT）B3（CH1）3B5（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀看、記錄： 打開(kāi)虛擬示波器的

4、界面，點(diǎn)擊開(kāi)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Uo（t）。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：改變被測(cè)系統(tǒng)比例系數(shù)，觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：.比例環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)200K,100K,4V200K,200K,4V50K,100K,2V50K,200K,1VR0R1輸入U(xiǎn)i比例系數(shù)K計(jì)算值測(cè)量值200K100K4V0.50.47200K4V10.9950K100K2V22.00200K1V43.992)觀看慣性環(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用短路

5、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）；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(kāi)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A5B（OUTB）B3（CH1）3B5（OUT）B3（CH2）（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)

6、線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S6，S102B5S-ST（3）運(yùn)行、觀看、記錄： 打開(kāi)虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕時(shí)（0+4V階躍），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(kāi)始到輸出曲線的交點(diǎn)，量得慣性環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)刻常數(shù)T。A5B輸出端響應(yīng)曲線Uo(t）見(jiàn)圖3-1-3。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：改變被測(cè)系統(tǒng)時(shí)刻常數(shù)及比例系數(shù)，觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：慣性環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)200K,200K,1u,4V200K,200K,2u,4V50K,100K,1u

7、,2V50K,200K,1u,1VR0R1C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200K200K1u4V11.020.20.2102u11.010.40.40050K100K1u2V22.010.10.1200K1V44.020.20.13)觀看積分環(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！（1）為了幸免積分飽和，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

8、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(kāi)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(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A5B（OUTB）B3（CH1）3B5（OUT）B3（CH2）模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S102B5S-ST（3）運(yùn)行、觀看、記錄： 打開(kāi)虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，等待完整波形出來(lái)后，點(diǎn)

9、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(kāi)始到輸出曲線的交點(diǎn)，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)刻常數(shù)Ti。A5B 輸出響應(yīng)曲線Uo(t)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：改變被測(cè)系統(tǒng)時(shí)刻常數(shù)，觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：積分環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)200K,1u200K,2u100K,1u100K,2uR0C輸入U(xiǎn)i積分常數(shù)Ti計(jì)算值測(cè)量值200K1u1V0.20.22u0.40.4100K1u0.10.12u0.20.24)觀看比例積分環(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

10、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！（1）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）；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(kāi)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)刻應(yīng)足夠大，即矩形波的零輸出寬度時(shí)刻足夠長(zhǎng)！ “量程選擇”開(kāi)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）。

11、（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-8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示波器聯(lián)接1檔A5B（OUTB）B3（CH1）3B5（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀看、記錄： 打開(kāi)虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，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)K2）處，得到與積分曲線的兩個(gè)交點(diǎn)。再分不移動(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)刻常數(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

12、)見(jiàn)圖3-1-7 。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：改變被測(cè)系統(tǒng)時(shí)刻常數(shù)及比例系數(shù)，觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：比例積分環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)200K,1u200K,2u100K,1u100K,2uR0R1C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200K200K1u1V11.020.20.192u11.060.40.4100K1u21.990.20.192u22.070.40.45)觀看比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線為了便于觀看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

13、傳遞函數(shù)： 微分時(shí)刻常數(shù)： 慣性時(shí)刻常數(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(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(kāi)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3-1-9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)1A4S4，S92A6S2，S63B5S-ST

14、1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、觀看、記錄：虛擬示波器的時(shí)刻量程選4檔。 打開(kāi)虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，用示波器觀測(cè)系統(tǒng)的A6輸出端（Uo），響應(yīng)曲線見(jiàn)圖3-1-10。等待完整波形出來(lái)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(kāi)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(kāi)始到曲線的交點(diǎn)，量得=t=0.048S。 已知KD=10

15、，則圖3-1-9的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時(shí)刻常數(shù)：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：比例微分環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)6)觀看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)刻常數(shù)： 單位階躍響應(yīng)： 實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接?。?）為了幸免積分飽和，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

16、選擇開(kāi)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)1A2S4，S82B5S-ST1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）（3）運(yùn)行、觀看、記錄：打開(kāi)虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)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

17、，得到與積分的曲線的兩個(gè)交點(diǎn)。再分不移動(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)刻常數(shù)Ti，見(jiàn)圖（a）。示波器的截圖詳見(jiàn)虛擬示波器的使用。將A2單元的S9短路套套上，點(diǎn)擊開(kāi)始，用示波器觀測(cè)系統(tǒng)的A2B輸出端（Uo），響應(yīng)曲線見(jiàn)圖（b）。等待完整波形出來(lái)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(kāi)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(kāi)始到曲線的交點(diǎn)，量得=t=0.01S已知KD=6，則比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時(shí)

18、刻常數(shù)：。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖（a） 比例積分微分環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線圖（b） 比例微分環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線實(shí)驗(yàn)二（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)康牧私夂驼莆盏湫投A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。研究型二階閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)-無(wú)阻尼振蕩頻率n、阻尼比對(duì)過(guò)渡過(guò)程的阻礙。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。觀看和分析型二階閉環(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)原理及講明圖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)

19、型二階系統(tǒng)的開(kāi)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(wú)阻尼振蕩頻率）： 阻尼比： （3-1-3）有二階閉環(huán)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)刻常數(shù)Ti=R1*C1=1秒，慣性時(shí)刻常數(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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：模擬電路的開(kāi)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(kāi)環(huán)增益K的關(guān)系式為：臨界阻尼響應(yīng)：=1，K=2.5，R=

20、40k 欠阻尼響應(yīng)：01，設(shè)R=70k，K=1.43=1.321 計(jì)算欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號(hào)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)刻： 調(diào)節(jié)時(shí)刻 ：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(jiàn)圖3-1-14，改變A3單元中輸入電阻R來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K，從而改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，觀看阻尼比對(duì)該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程的阻礙。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)刻tp，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告，並畫(huà)出階躍響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST用“短路套”

21、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（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開(kāi)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(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)A

22、1（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、70K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、觀看、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，選擇自動(dòng)操縱菜單下的線性系統(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(kāi)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。也可選用一般示波器觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 分不將（A11）中的直讀式可變電阻調(diào)整

23、到4K、40K、70K，等待完整波形出來(lái)后，點(diǎn)擊停止，用示波器觀看在三種增益K下，A6輸出端C(t)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)，得到實(shí)際響應(yīng)曲線。（a）01過(guò)阻尼階躍響應(yīng)曲線 (70K) 型二階系統(tǒng)在三種情況下的階躍響應(yīng)曲線四實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-1-13所示的實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)，畫(huà)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)算和觀看被測(cè)對(duì)象的臨界阻尼的增益K，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。1#0.11#0.21#0.50.5#0.10.2#0.1積分常數(shù)Ti慣性常數(shù)T增益K計(jì)算值10.110.20.50.30.30.50.110.21 畫(huà)出階躍響應(yīng)曲線，測(cè)量超調(diào)量Mp，峰值時(shí)刻tp填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

24、（計(jì)算值實(shí)驗(yàn)前必須計(jì)算出）25#0.1#120#0.1#125#0.3#120#0.1#0.520#0.1#0.240#0.1#0.2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)刻tP計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值250.1115.80.316351.37.10.210.220.211.20.22448.53 37.10.29 0.230.39.10.18356.0 59.00.35 0.36200.10.5200.2544.4 35.90.16 0.180.231.60.516.3 61.50.11 0.124044.70.1170.6 6

25、4.10.07 0.08注：在另行構(gòu)建實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)時(shí)，要認(rèn)真觀看實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的輸出，不能有限幅現(xiàn)象（10V輸出幅度10V），防止產(chǎn)生非線性失真，阻礙實(shí)驗(yàn)效果。例如：在圖3-1-14的型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路中，把慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的位置互換（跨接元件4K），從理論上講，對(duì)系統(tǒng)輸出應(yīng)沒(méi)有阻礙。實(shí)際上不然，這是由于在該被測(cè)系統(tǒng)的慣性環(huán)節(jié)的輸出10V，而本實(shí)驗(yàn)箱的被測(cè)系統(tǒng)電源電壓為12V，產(chǎn)生了限幅現(xiàn)象，阻礙了實(shí)驗(yàn)效果。線性操縱系統(tǒng)的頻域分析實(shí)驗(yàn)三（3.2.1） 頻率特性測(cè)試一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解線性系統(tǒng)頻率特性的差不多概念。2了解和掌握對(duì)數(shù)幅頻曲線和相頻曲線（波德圖）的構(gòu)造及繪制方法。二實(shí)驗(yàn)原理及

26、講明 頻域分析法是應(yīng)用頻率特性研究線性系統(tǒng)的一種經(jīng)典方法。它以操縱系統(tǒng)的頻率特性作為數(shù)學(xué)模型，以波德圖或其他圖表作為分析工具，來(lái)研究和分析操縱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。波德圖又稱對(duì)數(shù)頻率特性曲線（包括對(duì)數(shù)幅頻和相頻兩條曲線），由于方便有用，因此被廣泛地應(yīng)用于操縱系統(tǒng)分析時(shí)的作圖。對(duì)數(shù)頻率特性曲線的橫坐標(biāo)統(tǒng)一為角頻率，并按十倍頻程（dec）對(duì)數(shù)分度，單位是弧度/秒rad/s。對(duì)數(shù)幅頻特性曲線的縱坐標(biāo)表示對(duì)數(shù)幅頻特性的函數(shù)值，為均勻分度，單位是分貝dB。對(duì)數(shù)相頻特性曲線的縱坐標(biāo)表示相頻特性的函數(shù)值，為均勻分度，單位是度。一階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：其幅頻特性： 相頻特性：對(duì)數(shù)幅頻特性定義為： 三實(shí)驗(yàn)內(nèi)

27、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(huà)出幅頻特性和相頻特性曲線。圖3-2-1 被測(cè)系統(tǒng)（一階慣性）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(kāi)關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器2”，使之正弦波頻率為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

28、（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、觀看、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，在界面的自動(dòng)操縱菜單下的線性操縱系統(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(kāi)始，用示波器觀看波形，應(yīng)幸免系統(tǒng)進(jìn)入非線性狀態(tài)。點(diǎn)擊停止鍵后，可拖動(dòng)時(shí)刻量程（在運(yùn)行過(guò)程中，時(shí)刻量程無(wú)法改變），以滿足觀看要求，頻率特性的時(shí)域分析見(jiàn)圖3-2-2，該圖是在輸入的正弦波信號(hào)頻率為8Hz，輸入為2V時(shí)截出，其輸入和輸出的相

29、位差為44度，增益為20lg（3/2.15）=+2.89dB。正弦波信號(hào)頻率為8Hz時(shí)的響應(yīng)曲線示波器的截圖詳見(jiàn)虛擬示波器的使用。四實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：輸入振幅為2V，按下表改變實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)正弦波輸入頻率：觀測(cè)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(huà)出幅頻特性、相頻特性曲線。20 Hz16 Hz12.5 Hz9.6 Hz8 Hz6.4 Hz4.5 Hz3.2 Hz1.6 Hz0.5 Hz1 Hz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0.56.0035.973-3.6515.9525.542-7.271.65.8485.862-11.4123.25.3695.057-21.9

30、204.54.8154.526-29.5336.43.8543.723-38.83882.9872.651-45.2449.62.1191.781-50.35612.50.6210.299-57.55716-1.005-1.494-63.56620-2.622-3.075-68.372 考慮題：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(huà)出系統(tǒng)的閉環(huán)幅頻特性、相頻特性曲線。注：在另行構(gòu)建實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)時(shí)，要求其系統(tǒng)輸出振幅不得大于5V。注：在另行構(gòu)建實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)時(shí)，要認(rèn)真觀看實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的輸出，不能有限幅現(xiàn)象（10V輸出振幅10V），

31、防止產(chǎn)生非線性失真，阻礙實(shí)驗(yàn)效果。例如：在圖3-2-6的型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路中，把慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的位置互換（跨接元件4K），從理論上講，對(duì)系統(tǒng)輸出應(yīng)沒(méi)有阻礙。實(shí)際上不然。因?yàn)?，?dāng)被測(cè)系統(tǒng)的正弦波輸入信號(hào)為1V，在某個(gè)頻率時(shí)，在該被測(cè)系統(tǒng)的慣性環(huán)節(jié)，系統(tǒng)輸出振幅10V，而本實(shí)驗(yàn)箱的被測(cè)系統(tǒng)電源電壓為12V，產(chǎn)生了限幅現(xiàn)象，阻礙了實(shí)驗(yàn)效果。3.2.2 一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握一階慣性環(huán)節(jié)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了解和掌握一階慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率的計(jì)算，及慣性時(shí)刻常數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)折頻率的阻礙3了解和掌握對(duì)數(shù)幅頻曲線和相頻曲線（波德圖）、幅相曲線（奈奎

32、斯特圖）的構(gòu)造及繪制方法。二實(shí)驗(yàn)原理及講明 頻域分析法是應(yīng)用頻率特性研究線性系統(tǒng)的一種經(jīng)典方法。它以操縱系統(tǒng)的頻率特性作為數(shù)學(xué)模型，以波德圖或其他圖表作為分析工具，來(lái)研究和分析操縱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。波德圖：波德圖又稱對(duì)數(shù)頻率特性曲線（包括對(duì)數(shù)幅頻和相頻兩條曲線），由于方便有用，因此被廣泛地應(yīng)用于操縱系統(tǒng)分析時(shí)的作圖。對(duì)數(shù)頻率特性曲線的橫坐標(biāo)統(tǒng)一為角頻率，并按十倍頻程（dec）對(duì)數(shù)分度，單位是弧度/秒rad/s。對(duì)數(shù)幅頻特性曲線的縱坐標(biāo)表示對(duì)數(shù)幅頻特性的函數(shù)值，為均勻分度，單位是分貝dB。對(duì)數(shù)相頻特性曲線的縱坐標(biāo)表示相頻特性的函數(shù)值，為均勻分度，單位是度。對(duì)數(shù)幅頻特性定義為： （3-2-

33、1）2極坐標(biāo)圖：極坐標(biāo)圖又稱幅相頻率特性曲線（簡(jiǎn)稱幅相曲線），還稱奈奎斯特圖。其特點(diǎn)是把頻率看成參變量，當(dāng)從0時(shí)將頻率特性的幅頻和相頻特性或?qū)嶎l和虛頻特性同時(shí)表示在復(fù)數(shù)平面上。實(shí)頻特性定義為： （3-2-2）虛頻特性定義為： （3-2-3）三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測(cè)試電路見(jiàn)圖3-2-3，改變被測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)電路參數(shù)，畫(huà)出其系統(tǒng)模擬電路圖，及頻率特性曲線，並計(jì)算和測(cè)量其轉(zhuǎn)折頻率，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。圖3-2-3 慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測(cè)試電路圖3-2-3電路的增益K=2，慣性時(shí)刻常數(shù) T=0.02秒，轉(zhuǎn)折頻率=1/T=50 rad/s。 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測(cè)

34、系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-2-3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)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A3S1，S7，S92A6S2，S61信號(hào)輸入B2（OUT2）A3（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUT）A6（H1）3相位測(cè)量A6（OUT） A8（CIN1）4A8（COUT1）B8（IRQ6）5幅值測(cè)量A6（OUT） B7（IN4）（3）運(yùn)行、觀看、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，選擇自動(dòng)操縱菜單下的線性操縱系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇一階系統(tǒng)，就會(huì)彈出頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置表，見(jiàn)圖3-2-7，在該表中用戶可依照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

35、辨率），如需在特性曲線上直接標(biāo)注某個(gè)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(kāi)始，即可按頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置表，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)的對(duì)數(shù)幅頻、相頻曲線(伯德圖)和幅相曲線(奈奎斯特圖)，見(jiàn)圖3-2-4。示波器的截圖詳見(jiàn)虛擬示波器的使用。顯示該系統(tǒng)用戶點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的、L、Im、Re實(shí)驗(yàn)機(jī)在測(cè)試頻率特性結(jié)束后，將提示用戶用鼠標(biāo)直接在幅頻或相頻特性曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)（為了教育上的方便，本實(shí)驗(yàn)機(jī)選取的頻率值

36、f，以0.1Hz為分辨率），實(shí)驗(yàn)機(jī)將會(huì)把鼠標(biāo)點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的頻率信號(hào)送入到被測(cè)對(duì)象的輸入端，然后檢測(cè)該頻率的頻率特性。檢測(cè)完成后在界面上方顯示該頻率點(diǎn)的f、L、Im、Re相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)在曲線上打十字標(biāo)記。(a)對(duì)數(shù)幅頻曲線（Bode圖）轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率=1/T（b）對(duì)數(shù)相頻曲線（Bode圖）（c） 幅相曲線（Nyquist曲線） 被測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線、相頻曲線及幅相曲線示波器的截圖詳見(jiàn)虛擬示波器的使用。四實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-2-3所示的實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)：改變慣性時(shí)刻常數(shù) T（改變模擬單元A3的反饋電容C）。畫(huà)出其系統(tǒng)模擬電路圖，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告空白處填上轉(zhuǎn)折頻率（）測(cè)量值和計(jì)算值。T=0.

37、1對(duì)數(shù)幅頻曲線（Bode圖）轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率=1/TT=0.1對(duì)數(shù)相頻曲線（Bode圖）T=0.2對(duì)數(shù)幅頻曲線（Bode圖）T=0.2對(duì)數(shù)相頻曲線（Bode圖）T=0.3對(duì)數(shù)幅頻曲線（Bode圖）T=0.3對(duì)數(shù)相頻曲線（Bode圖）慣性時(shí)刻常數(shù) T轉(zhuǎn)折頻率實(shí)測(cè)值計(jì)算值0.19.7400.24.350.34.23.3注：在另行構(gòu)建實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)時(shí)，要求其系統(tǒng)輸出振幅不得大于5V。3.3 線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋操縱系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋確實(shí)是在被控對(duì)象已確定，在給定性能指標(biāo)的前提下，要求設(shè)計(jì)者選擇操縱器（校正網(wǎng)絡(luò)）的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，使操縱器和被控對(duì)象組成一個(gè)性能滿足指標(biāo)要求的系統(tǒng)。3.3.1 頻域法串聯(lián)

38、超前校正頻域法校剛要緊是通過(guò)對(duì)被控對(duì)象的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性（波德圖）觀看和分析實(shí)現(xiàn)的。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握超前校正的原理。2了解和掌握利用閉環(huán)和開(kāi)環(huán)的對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性完成超前校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)的計(jì)算。3掌握在被控系統(tǒng)中如何串入超前校正網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一個(gè)性能滿足指標(biāo)要求的新系統(tǒng)的方法。 二實(shí)驗(yàn)原理及講明超前校正的原理是利用超前校正網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性，使中頻段斜率由-40dB/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(dòng)態(tài)過(guò)程超調(diào)量下降；并使系統(tǒng)開(kāi)環(huán)截止頻率增大，從而使閉環(huán)系統(tǒng)帶寬也增大，響應(yīng)速度也加快。超前校正網(wǎng)絡(luò)的電路圖及伯德圖見(jiàn)圖3-3-1。 圖3

39、-3-1 超前校正網(wǎng)絡(luò)的電路圖及伯德圖超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為： （3-3-1）網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)為： ， （3-3-2）在設(shè)計(jì)超前校正網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)使網(wǎng)絡(luò)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c處，即m=c。 網(wǎng)絡(luò)的最大超前相位角為： 或?yàn)椋?（3-3-3）處的對(duì)數(shù)幅頻值為： （3-3-4）網(wǎng)絡(luò)的最大超前角頻率為： （3-3-5）從式（3-3-1）可知，接入超前校正網(wǎng)絡(luò)后被校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益要下降a倍，因此為了保持與系統(tǒng)未校正前的開(kāi)環(huán)增益相一致，接入超前校正網(wǎng)絡(luò)后，必須另行提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益a倍來(lái)補(bǔ)償。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 1觀測(cè)被控系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性，幅值穿越頻率c，相位裕度，

40、按“校正后系統(tǒng)的相位裕度”要求,設(shè)計(jì)校正參數(shù)，構(gòu)建校正后系統(tǒng)。2觀測(cè)校正前、后的時(shí)域特性曲線，並測(cè)量校正后系統(tǒng)的相位裕度、超調(diào)量Mp、峰值時(shí)刻tP。3改變 “校正后系統(tǒng)的相位裕度”要求,設(shè)計(jì)校正參數(shù)，構(gòu)建校正后系統(tǒng)，畫(huà)出其系統(tǒng)模擬電路圖和階躍響應(yīng)曲線，觀測(cè)校正后相位裕度、超調(diào)量Mp、峰值時(shí)刻tP填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。注：在進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)前應(yīng)熟練掌握使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)的二階系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性的測(cè)試方法。1未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性的測(cè)試未校正系統(tǒng)模擬電路圖見(jiàn)圖3-3-2。本實(shí)驗(yàn)將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元作為信號(hào)發(fā)生器， OUT輸出施加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端Ui，觀看OUT從0V階躍+2.5V時(shí)被測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域特性。

41、圖3-3-2 未校正系統(tǒng)模擬電路圖圖3-3-2未校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：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(kāi)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= 2.5V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-3-2安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。1信號(hào)輸入r(t)B5（OUT）A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A2（

42、H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2A（OUTA）A6（H1）4負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）5運(yùn)放級(jí)聯(lián)A6（OUT）A3（H1）6示波器聯(lián)接1檔A3（OUT）B3（CH1）7B5（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)1A1S4，S82A2S3，S113A3S1，S64A6S4，S8，S95B5S-ST（3）運(yùn)行、觀看、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，在自動(dòng)操縱菜單下的“線性系統(tǒng)的校正和狀態(tài)反饋” -實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選中“線性系統(tǒng)的校正”項(xiàng)，彈出線性系統(tǒng)的校正的界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，用虛擬示波器CH1觀看系統(tǒng)輸出信號(hào)。 觀看OUT從0V階躍+2.5V時(shí)被測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域特性，被測(cè)系統(tǒng)輸出的時(shí)域

43、特性曲線見(jiàn)圖3-3-3，等待一個(gè)完整的波形出來(lái)后，點(diǎn)擊停止，然后移動(dòng)游標(biāo)測(cè)量其超調(diào)量、峰值時(shí)刻及調(diào)節(jié)時(shí)刻。 未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性曲線在未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性特性曲線上可測(cè)得時(shí)域特性：超調(diào)量Mp=56.4 % 峰值時(shí)刻tp= 0.32秒 調(diào)節(jié)時(shí)刻ts=1.8S(=5時(shí))示波器的截圖詳見(jiàn)虛擬示波器的使用。2未校正系統(tǒng)的頻域特性的測(cè)試本實(shí)驗(yàn)將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號(hào)發(fā)生器，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，將按頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置表規(guī)定的頻率值，按序自動(dòng)產(chǎn)生多種頻率信號(hào)，OUT2輸出施加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端r(t)，然后分不測(cè)量被測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)運(yùn)算后在虛擬示波器中顯示。未校正系統(tǒng)頻域特

44、性測(cè)試的模擬電路圖見(jiàn)圖3-3-4。圖3-3-4 未校正系統(tǒng)頻域特性測(cè)試的模擬電路圖 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：按圖3-3-4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)1A1S4，S82A2S3，S113A3S1，S64A6S4，S8，S95B5S-ST1信號(hào)輸入r(t)B2（OUT2）A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2A（OUTA）A6（H1）4負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）5運(yùn)放級(jí)聯(lián)A6（OUT）A3（H1）6幅值測(cè)量A3（OUT） B7（IN4）7相位測(cè)量A3（

45、OUT） A8（CIN1）8A8（COUT1） B8（IRQ6）（3）運(yùn)行、觀看、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)操縱菜單下的線性操縱系統(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)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開(kāi)始，則進(jìn)行頻率特性測(cè)試。詳見(jiàn)第3.2 節(jié)線性操縱系統(tǒng)的頻域分析。圖3-3-4的被測(cè)二階系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻曲線見(jiàn)圖3-3-5和圖3-3-6所示。校正前穿越頻率c校正后期望穿越頻率c-Lc（m）校正前穿越頻率c校正后期望穿越頻率c-Lc（m）未校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)幅頻特性曲線在未校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線上，用鼠標(biāo)在曲線處點(diǎn)擊一下，待檢

46、測(cè)完成后，就能夠依照十字標(biāo)記測(cè)得系統(tǒng)的幅值穿越頻率c ，見(jiàn)圖3-3-5，其穿越頻率c=9.4 rad/s。再在未校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)相頻特性曲線上，依照十字標(biāo)記測(cè)得系統(tǒng)的相位角，見(jiàn)圖3-3-6。 校正前相位裕度校正前穿越頻率c校正前相位裕度校正前穿越頻率c未校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)相頻特性曲線穿越頻率c=9.4 rad/s ， 相位裕度= 18.9 示波器的截圖詳見(jiàn)虛擬示波器的使用。3超前校正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 在未校正系統(tǒng)模擬電路的開(kāi)環(huán)相頻特性曲線（圖3-3-5）上測(cè)得未校正系統(tǒng)的相位裕度。 假如設(shè)計(jì)要求校正后系統(tǒng)的相位裕度，則網(wǎng)絡(luò)的最大超前相位角必須為： ，。其中為考慮到時(shí)，所需減的角度，一般取510。 據(jù)式 3-

47、3-3 可計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)： 據(jù)式 3-3-4 可計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的最大超前相位角處的對(duì)數(shù)幅頻值為： 在未校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線上，用鼠標(biāo)在曲線處點(diǎn)擊一下，待檢測(cè)完成后，就能夠依照十字標(biāo)記，可測(cè)得系統(tǒng)在時(shí)的角頻率=14.4 rad/s ，見(jiàn)圖3-3-5，該角頻率應(yīng)是網(wǎng)絡(luò)的最大超前角頻率，這亦是串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的零分貝頻率。 據(jù)式 3-3-5可計(jì)算出計(jì)算串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：， 據(jù)式 3-3-2 令 C=1u， 計(jì)算出：R4=155K， R5=38.7K超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為： （3-3-7）為了補(bǔ)償接入超前校正網(wǎng)絡(luò)后，被校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益要下降a倍，必須另行提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益增益a倍。因?yàn)閍=5

48、，因此校正后系統(tǒng)另行串入開(kāi)環(huán)增益應(yīng)等于5的運(yùn)放A5。 4、串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的頻域特性的測(cè)試串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)頻域特性測(cè)試的模擬電路圖見(jiàn)圖3-3-7。圖3-3-7（a） 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)頻域特性測(cè)試的模擬電路圖圖3-3-7（b）校正網(wǎng)絡(luò)（部分）連線示意圖圖3-3-7（a）串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：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：按圖3-3-7（a）、圖3-3-7（b）安置短路套與測(cè)孔聯(lián)線表如下。1信號(hào)輸入r(t)B2（OUT2）A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2A（OUTA）A6（H1）3負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）4運(yùn)放級(jí)聯(lián)A6

49、（OUT）A3（H1）5幅值測(cè)量A3（OUT） B7（IN4）6相位測(cè)量A3（OUT） A8（CIN1）7A8（COUT1） B8（IRQ6）8/9跨接元件（155K）元件庫(kù)A11中可變電阻跨接到A1（OUT）和A10（IN+）之間校正網(wǎng)絡(luò)：參見(jiàn)圖3-3-7(b)10/11跨接元件（1u）元件庫(kù)A11中可變電阻跨接到A1（OUT）和A10（IN+）之間12/13跨接元件（38.7K）元件庫(kù)A11中可變電阻跨接到 A10（IN+）和GND之間14運(yùn)放級(jí)聯(lián)A10（OUT）A5（H1）15運(yùn)放級(jí)聯(lián)A5B（OUTB）A2（H1）（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S3，

50、S113A3S1，S64A5S3，S75A6S4，S8，S96B5S-ST7A10S1（3）運(yùn)行、觀看、記錄：運(yùn)行程序同2未校正系統(tǒng)的頻域特性的測(cè)試。圖3-3-7（a）的串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻曲線。在校正后系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線上，用鼠標(biāo)在曲線處點(diǎn)擊一下，待檢測(cè)完成后，就能夠依照十字標(biāo)記測(cè)得系校正后系統(tǒng)的幅值穿越頻率c ，見(jiàn)圖3-3-8，其穿越頻率c=14.45 rad/s。再在校正后系統(tǒng)開(kāi)環(huán)相頻特性曲線上，依照十字標(biāo)記測(cè)得系統(tǒng)的相位角，見(jiàn)圖3-3-9，其相位裕度。校正后穿越頻率校正后穿越頻率c圖3-3-8 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線校正后相位裕度校正后穿越頻率校正后相

51、位裕度校正后穿越頻率c圖3-3-9 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)相頻曲線在串聯(lián)超前校正后的相頻特性曲線上可測(cè)得串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的頻域特性： 穿越頻率c= 14.45 rad/s， 相位裕度=54.5 測(cè)試結(jié)果表明符合設(shè)計(jì)要求。示波器的截圖詳見(jiàn)虛擬示波器的使用。5、串聯(lián)超前校正系統(tǒng)的時(shí)域特性的測(cè)試串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)時(shí)域特性測(cè)試的模擬電路圖見(jiàn)圖3-3-10。圖3-3-10 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)時(shí)域特性測(cè)試的模擬電路圖實(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（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開(kāi)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= 2.5V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-3-10安置短路套與測(cè)孔聯(lián)線按下表。（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S3，S113A3S1，S64A5S3，S75A6