自動(dòng)化控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 6 - - 73 -本科生實(shí)驗(yàn)報(bào)告告實(shí)驗(yàn)課程 自自動(dòng)控制原理理 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 電氣工工程及其自動(dòng)動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 20013 指導(dǎo)教師 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 6C9011 實(shí)驗(yàn)成績(jī) 二一五年四月月二一五年五五月線性系統(tǒng)的時(shí)域域分析實(shí)驗(yàn)一（3.11.1）典型型環(huán)節(jié)的模擬擬研究一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牧私夂驼莆崭鞯涞湫铜h(huán)節(jié)模擬擬電路的構(gòu)成成方法、傳遞遞函數(shù)表達(dá)式式及輸出時(shí)域域函數(shù)表達(dá)式式觀察和分析各典典型環(huán)節(jié)的階階躍響應(yīng)曲線線，了解各項(xiàng)項(xiàng)電路參數(shù)對(duì)對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)動(dòng)態(tài)特性的影影響二典型環(huán)節(jié)的的結(jié)構(gòu)圖及傳傳遞函數(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

2、（PPID） 三實(shí)驗(yàn)內(nèi)內(nèi)容及步驟觀察和分析各典典型環(huán)節(jié)的階階躍響應(yīng)曲線線，了解各項(xiàng)項(xiàng)電路參數(shù)對(duì)對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)動(dòng)態(tài)特性的影影響.。改變被測(cè)環(huán)節(jié)的的各項(xiàng)電路參參數(shù)，畫出模模擬電路圖，階躍響應(yīng)曲曲線，觀測(cè)結(jié)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)報(bào)告運(yùn)行LABACCT程序，選選擇自動(dòng)控制制菜單下的線性性系統(tǒng)的時(shí)域域分析下的典型環(huán)節(jié)節(jié)的模擬研究究中的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛虛擬示波器的的界面，點(diǎn)擊擊開始即可使用用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配配套的虛擬示示波器（B33）單元的CCH1測(cè)孔測(cè)測(cè)量波形。具具體用法參見見用戶手冊(cè)中中的示波器部部分。1)觀察比例例環(huán)節(jié)的階躍躍響應(yīng)曲線典型比例環(huán)節(jié)模模擬電路如圖圖3-1-11所示。圖3-1-1 典型比比例

3、環(huán)節(jié)模擬擬電路傳遞函數(shù)： ； 單單位階躍響應(yīng)應(yīng)： 實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短短接?。?）將函數(shù)發(fā)發(fā)生器（B55）所產(chǎn)生的的周期性矩形形波信號(hào)（OOUT），作作為系統(tǒng)的信信號(hào)輸入（UUi）；該信信號(hào)為零輸出出時(shí)，將自動(dòng)動(dòng)對(duì)模擬電路路鎖零。 在顯示與功功能選擇（DD1）單元中中，通過波形形選擇按鍵選選中矩形波（矩形波指指示燈亮）。 量程選擇開開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)節(jié)“設(shè)定電位器器1”，使之矩形形波寬度11秒（D1單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單單元的“矩形波調(diào)幅幅”電位器使矩矩形波輸出電電壓= 4V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-1-11安置短路套套及測(cè)孔聯(lián)線線，表如下。（a）安

4、置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S122B5S-ST1信號(hào)輸入（Uii）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接1檔A6（OUT）B3（CH11）3B5（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄： 打開虛擬示波波器的界面，點(diǎn)點(diǎn)擊開始，按下信號(hào)發(fā)發(fā)生器（B11）階躍信號(hào)號(hào)按鈕（0+4V階躍躍），觀測(cè)AA5B輸出端端（Uo）的的實(shí)際響應(yīng)曲曲線Uo（tt）。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：改變被測(cè)系系統(tǒng)比例系數(shù)數(shù)，觀測(cè)結(jié)果果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：.比例環(huán)節(jié)階躍躍響應(yīng)200K,1000K,4VV200K,2000K,4VV50K,1000K,2V50K,2000K,1VR0R1輸入U(xiǎn)i比

5、例系數(shù)K計(jì)算值測(cè)量值200K100K4V0.50.47200K4V10.9950K100K2V22.00200K1V43.992)觀察慣性性環(huán)節(jié)的階躍躍響應(yīng)曲線典型慣性環(huán)節(jié)模模擬電路如圖圖3-1-44所示。圖3-1-4 典型型慣性環(huán)節(jié)模模擬電路傳遞函數(shù)： 單單位階躍響應(yīng)應(yīng)：實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短短接?。?）將函數(shù)發(fā)發(fā)生器（B55）所產(chǎn)生的的周期性矩形形波信號(hào)（OOUT），作作為系統(tǒng)的信信號(hào)輸入（UUi）；該信信號(hào)為零輸出出時(shí)，將自動(dòng)動(dòng)對(duì)模擬電路路鎖零。 在顯示與功功能選擇（DD1）單元中中，通過波形形選擇按鍵選選中矩形波（矩形波指指示燈亮）。 量程選擇開開關(guān)S2置下下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電

6、位器器1”，使之矩形形波寬度11秒（D1單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單單元的“矩形波調(diào)幅幅”電位器使矩矩形波輸出電電壓= 4V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-1-44安置短路套套及測(cè)孔聯(lián)線線，表如下。1信號(hào)輸入（Uii）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接1檔A5B（OUTTB）B3（CH11）3B5（OUT）B3（CH2）（a）安置短路路套 （bb）測(cè)孔聯(lián)線線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S6，SS102B5S-ST（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄： 打開虛擬示波波器的界面，點(diǎn)點(diǎn)擊開始，按下信號(hào)發(fā)發(fā)生器（B11）階躍信號(hào)號(hào)按鈕時(shí)（00+4V階躍躍），等待完完整波形出來來后，移動(dòng)虛虛擬示

7、波器橫橫游標(biāo)到輸出出穩(wěn)態(tài)值0.6322處，得到到與輸出曲線線的交點(diǎn)，再再移動(dòng)虛擬示示波器兩根縱縱游標(biāo)，從階階躍開始到輸輸出曲線的交交點(diǎn)，量得慣慣性環(huán)節(jié)模擬擬電路時(shí)間常常數(shù)T。A55B輸出端響響應(yīng)曲線Uoo(t）見圖圖3-1-33。示波器的的截圖詳見虛虛擬示波器的的使用。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：改變被測(cè)系系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)數(shù)及比例系數(shù)數(shù)，觀測(cè)結(jié)果果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：慣性環(huán)節(jié)階躍響響應(yīng)200K,2000K,1uu,4V200K,2000K,2uu,4V50K,1000K,1u,2V50K,2000K,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200K200K1u4V11.0

8、20.20.2102u11.010.40.40050K100K1u2V22.010.10.1200K1V44.020.20.13)觀察積分分環(huán)節(jié)的階躍躍響應(yīng)曲線 典型積分分環(huán)節(jié)模擬電電路如圖3-1-5所示示。圖3-1-5 典型型積分環(huán)節(jié)模模擬電路傳遞函數(shù)： 單單位階躍響應(yīng)應(yīng)： 實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短短接?。?）為了避免免積分飽和，將將函數(shù)發(fā)生器器（B5）所所產(chǎn)生的周期期性矩形波信信號(hào)（OUTT），代替信信號(hào)發(fā)生器（BB1）中的人人工階躍輸出出作為系統(tǒng)的的信號(hào)輸入（UUi）；該信信號(hào)為零輸出出時(shí)，將自動(dòng)動(dòng)對(duì)模擬電路路鎖零。 在顯示與功功能選擇（DD1）單元中中，通過波形形選擇按鍵選選中

9、矩形波（矩形波指指示燈亮）。 量程選擇開開關(guān)S2置下下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器器1”，使之矩形形波寬度11秒（D1單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單單元的“矩形波調(diào)幅幅”電位器使矩矩形波輸出電電壓= 1V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-1-55安置短路套套及測(cè)孔聯(lián)線線，表如下。（a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線線1信號(hào)輸入（Uii）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接1檔A5B（OUTTB）B3（CH11）3B5（OUT）B3（CH2）模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S102B5S-ST（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄： 打開虛擬示波波器的界面，點(diǎn)點(diǎn)擊開始，等待完整波波形出來后，點(diǎn)點(diǎn)擊停止，移動(dòng)虛

10、擬示示波器橫游標(biāo)標(biāo)到0V處，再再移動(dòng)另一根根橫游標(biāo)到V=1V（與與輸入相等）處處，得到與輸輸出曲線的交交點(diǎn)，再移動(dòng)動(dòng)虛擬示波器器兩根縱游標(biāo)標(biāo)，從階躍開開始到輸出曲曲線的交點(diǎn)，量量得積分環(huán)節(jié)節(jié)模擬電路時(shí)時(shí)間常數(shù)Tii。A5B 輸出響應(yīng)曲曲線Uo(tt)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：改變被測(cè)系系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)數(shù)，觀測(cè)結(jié)果果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：積分環(huán)節(jié)階躍響響應(yīng)200K,1uu200K,2uu100K,1uu100K,2uuR0C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)觀察比例例積分環(huán)節(jié)的的階躍響應(yīng)曲曲線 典型比比例積分環(huán)節(jié)節(jié)模擬

11、電路如如圖3-1-8所示.。圖3-1-8 典型比例積積分環(huán)節(jié)模擬擬電路傳遞函數(shù)： 單位階階躍響應(yīng)：實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短短接?。?）將函數(shù)發(fā)發(fā)生器（B55）所產(chǎn)生的的周期性矩形形波信號(hào)（OOUT），作作為系統(tǒng)的信信號(hào)輸入（UUi）；該信信號(hào)為零輸出出時(shí)將自動(dòng)對(duì)對(duì)模擬電路鎖鎖零。 在顯示與功功能選擇（DD1）單元中中，通過波形形選擇按鍵選選中矩形波（矩形波指指示燈亮）。量程選擇開關(guān)關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)節(jié)“設(shè)定電位器器1”，使之矩形形波寬度11秒（D1單元左顯示）。（注：為了使在在積分電容上上積分的電荷荷充分放掉，鎖鎖零時(shí)間應(yīng)足足夠大，即矩矩形波的零輸輸出寬度時(shí)間間足夠長(zhǎng)！ “量程選擇”開

12、關(guān)置于下下檔時(shí)，其零零輸出寬度恒恒保持為2秒秒?。?調(diào)節(jié)B5單單元的“矩形波調(diào)幅幅”電位器使矩矩形波輸出電電壓 = 11V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-1-88安置短路套套及測(cè)孔聯(lián)線線，表如下。（a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S82B5S-ST1信號(hào)輸入（Uii）B5（OUT）A5（H1）2示波器聯(lián)接1檔A5B（OUTTB）B3（CH11）3B5（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄： 打開虛擬示波波器的界面，點(diǎn)點(diǎn)擊開始，等待完整波波形出來后，點(diǎn)點(diǎn)擊停止。移動(dòng)虛擬示示波器橫游標(biāo)標(biāo)到輸入電壓壓比例系數(shù)KK處，再移動(dòng)動(dòng)另一根橫游游標(biāo)到（輸

13、入入電壓比例系數(shù)KK2）處，得得到與積分曲曲線的兩個(gè)交交點(diǎn)。再分別移動(dòng)示波波器兩根縱游游標(biāo)到積分曲曲線的兩個(gè)交交點(diǎn)，量得積積分環(huán)節(jié)模擬擬電路時(shí)間常常數(shù)Ti。典典型比例積分分環(huán)節(jié)模擬電電路A5B輸輸出響應(yīng)曲線線Uo(t)見圖3-11-7 。示示波器的截圖圖詳見虛擬示示波器的使用用。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：改變被測(cè)系系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)數(shù)及比例系數(shù)數(shù)，觀測(cè)結(jié)果果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：比例積分環(huán)節(jié)階階躍響應(yīng)200K,1uu200K,2uu100K,1uu100K,2uuR0R1C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200K200K1u1V11.020.20.192u11.060.40.4100

14、K1u21.990.20.192u22.070.40.45)觀察比例例微分環(huán)節(jié)的的階躍響應(yīng)曲曲線為了便于觀察比比例微分的階階躍響應(yīng)曲線線，本實(shí)驗(yàn)增增加了一個(gè)小小慣性環(huán)節(jié)，其其模擬電路如如圖3-1-9所示。圖3-1-9 典型型比例微分環(huán)環(huán)節(jié)模擬電路路比例微分環(huán)節(jié)+慣性環(huán)節(jié)的傳遞函函數(shù)： 微分時(shí)間常數(shù)： 慣性時(shí)間常數(shù)數(shù)： 單位階階躍響應(yīng)：實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短短接!（1）將函數(shù)發(fā)發(fā)生器（B55）單元的矩矩形波輸出作作為系統(tǒng)輸入入R。（連續(xù)續(xù)的正輸出寬寬度足夠大的的階躍信號(hào)) 在顯示與功功能選擇（DD1）單元中中，通過波形形選擇按鍵選選中矩形波（矩形波指指示燈亮）。 量程選擇開開關(guān)S2置下

15、下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器器1”，使之矩形形波寬度1秒秒左右（D11單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單單元的“矩形波調(diào)幅幅”電位器使矩矩形波輸出電電壓 = 0.5VV（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-1-99安置短路套套及測(cè)孔聯(lián)線線，表如下。（a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A4S4，S92A6S2，S63B5S-ST1信號(hào)輸入(Uii)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、觀觀察、記錄：虛擬示波器器的時(shí)間量程程選4檔。 打開虛擬擬示波器的界界面，點(diǎn)擊開開始，用

16、示波器觀觀測(cè)系統(tǒng)的AA6輸出端（UUo），響應(yīng)應(yīng)曲線見圖33-1-100。等待完整整波形出來后后，把最高端端電壓（4.77V）減減去穩(wěn)態(tài)輸出出電壓（0.5V），然然后乘以0.632，得得到V=2.77V。 移動(dòng)虛擬示示波器兩根橫橫游標(biāo)，從最最高端開始到到V=2.77V處為止，得得到與微分的的指數(shù)曲線的的交點(diǎn)，再移移動(dòng)虛擬示波波器兩根縱游游標(biāo)，從階躍躍開始到曲線線的交點(diǎn)，量量得=t=0.0048S。 已知KD=10，則圖圖3-1-99的比例微分分環(huán)節(jié)模擬電電路微分時(shí)間間常數(shù)：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：比例微分環(huán)節(jié)階階躍響應(yīng)6)觀察PIID（比例積積分微分）環(huán)環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲曲線PID（比例積積分微分）環(huán)環(huán)節(jié)模擬電路

17、路如圖3-11-11所示示。圖3-1-111 PIID（比例積積分微分）環(huán)環(huán)節(jié)模擬電路路典型比例積分環(huán)環(huán)節(jié)的傳遞函函數(shù)： 慣慣性時(shí)間常數(shù)數(shù)： 單位階躍響應(yīng)： 實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短短接?。?）為了避免免積分飽和，將將函數(shù)發(fā)生器器（B5）所所產(chǎn)生的周期期性矩形波信信號(hào)（OUTT），代替信信號(hào)發(fā)生器（BB1）中的人人工階躍輸出出作為系統(tǒng)的的信號(hào)輸入（UUi）；該信信號(hào)為零輸出出時(shí)將自動(dòng)對(duì)對(duì)模擬電路鎖鎖零。 在顯示與功功能選擇（DD1）單元中中，通過波形形選擇按鍵選選中矩形波（矩形波指指示燈亮）。 量程選擇開開關(guān)S2置下下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器器1”，使之矩形形波寬度0.4秒左右（D1單元左

18、顯示）。 調(diào)節(jié)B5單單元的“矩形波調(diào)幅幅”電位器使矩矩形波輸出電電壓= 0.3VV（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-1-111安置短路路套及測(cè)孔聯(lián)聯(lián)線，表如下下。（a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A2S4，S82B5S-ST1信號(hào)輸入（Uii）B5（OUT）A2（H1）2示波器聯(lián)接1檔A2B（OUTTB）B3（CH11）3B5（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄：打開虛擬示波器器的界面，點(diǎn)點(diǎn)擊開始，用示波器觀觀測(cè)A2B輸輸出端（Uoo）。等待完整波形出出來后，點(diǎn)擊擊停止，移動(dòng)虛擬示示波器兩根橫橫游標(biāo)使之V=Kp輸入電壓，得得到與積分的的曲線的兩個(gè)

19、個(gè)交點(diǎn)。再分別移動(dòng)示波波器兩根縱游游標(biāo)到積分的的曲線的兩個(gè)個(gè)交點(diǎn)，量得得積分環(huán)節(jié)模模擬電路時(shí)間間常數(shù)Ti，見見圖（a）。示波器的截圖詳見虛擬示波器的使用。將A2單元的SS9短路套套套上，點(diǎn)擊開開始，用示波器觀觀測(cè)系統(tǒng)的AA2B輸出端端（Uo），響響應(yīng)曲線見圖圖（b）。等等待完整波形形出來后，點(diǎn)點(diǎn)擊停止，把最高端電電壓（3.559V）減去去穩(wěn)態(tài)輸出電電壓（0.66V=Kp*Ui），然然后乘以0.632，得得到V=1.888V。移動(dòng)虛擬示波器器兩根橫游標(biāo)標(biāo)，從最高端端開始到V=1.888V處為止止，得到與微微分的指數(shù)曲曲線的交點(diǎn)，再再移動(dòng)虛擬示示波器兩根縱縱游標(biāo)，從階階躍開始到曲曲線的交點(diǎn)，量量得

20、=t=0.001S已知KD=6，則比例例微分環(huán)節(jié)模模擬電路微分分時(shí)間常數(shù)：。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖（a） 比例例積分微分環(huán)環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線線圖（b） 比比例微分環(huán)節(jié)節(jié)響應(yīng)曲線實(shí)驗(yàn)二（3.11.2） 二二階系統(tǒng)瞬態(tài)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定定性一實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夂驼莆盏湫托投A系統(tǒng)模模擬電路的構(gòu)構(gòu)成方法及型二階閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)的傳遞遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式式。研究型二階閉閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)無阻尼振蕩蕩頻率n、阻尼比比對(duì)過渡過程程的影響。掌握欠阻尼型型二階閉環(huán)系系統(tǒng)在階躍信信號(hào)輸入時(shí)的的動(dòng)態(tài)性能指指標(biāo)Mp、ttp、ts的計(jì)算。觀察和分析型型二階閉環(huán)系系統(tǒng)在欠阻尼尼，臨界阻尼尼，過阻尼的的瞬態(tài)響應(yīng)曲曲線，及在階階躍信號(hào)輸入入時(shí)的動(dòng)態(tài)性性能指標(biāo)Mp

21、p、tp值，并與與理論計(jì)算值值作比對(duì)。二實(shí)驗(yàn)原理及及說明圖3-1-133是典型型二階單位位反饋閉環(huán)系系統(tǒng)。圖3-1-133 典型型型二階單位位反饋閉環(huán)系系統(tǒng)型二階系統(tǒng)的的開環(huán)傳遞函函數(shù)： （3-11-1）型二階系統(tǒng)的的閉環(huán)傳遞函函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式： （33-1-2）自然頻率（無阻阻尼振蕩頻率率）： 阻尼比： （3-1-3）有二階閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)模擬電路如如圖3-1-14所示。它它由積分環(huán)節(jié)節(jié)（A2單元元）和慣性環(huán)環(huán)節(jié)（A3單單元）的構(gòu)成成，其積分時(shí)時(shí)間常數(shù)Tii=R1*C1=1秒，慣慣性時(shí)間常數(shù)數(shù) T=R22*C2=0.1秒秒。圖3-1-144 型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬擬電路模擬電路的各環(huán)環(huán)節(jié)參數(shù)代入入式（3-1

22、1-1），該該電路的開環(huán)傳傳遞函數(shù)為：模擬電路的開環(huán)環(huán)傳遞函數(shù)代代入式（3-1-2），該該電路的閉環(huán)傳傳遞函數(shù)為：模擬電路的各環(huán)環(huán)節(jié)參數(shù)代入入式（3-11-3），阻阻尼比和開環(huán)環(huán)增益K的關(guān)關(guān)系式為：臨界阻尼響應(yīng)：=1，K=2.5，RR=40k 欠阻尼響應(yīng)：001，設(shè)RR=70k，K=1.43=1.3221 計(jì)算欠阻尼二階階閉環(huán)系統(tǒng)在在階躍信號(hào)輸輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)態(tài)指標(biāo)Mp、tp、ts：（K=25、=0.316、=15.8）超調(diào)量 ： 峰值值時(shí)間： 調(diào)節(jié)時(shí)時(shí)間 ：三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及及步驟1型二階閉閉環(huán)系統(tǒng)模擬擬電路見圖33-1-144，改變A33單元中輸入入電阻R來調(diào)調(diào)整系統(tǒng)的開環(huán)增增益K，從而而改變系統(tǒng)的

23、的結(jié)構(gòu)參數(shù)，觀觀察阻尼比對(duì)該系統(tǒng)的過渡過過程的影響。2改變被測(cè)系系統(tǒng)的各項(xiàng)電電路參數(shù)，計(jì)計(jì)算和測(cè)量被被測(cè)對(duì)象的臨臨界阻尼的增增益K，填入入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3改變被測(cè)系系統(tǒng)的各項(xiàng)電電路參數(shù)，計(jì)計(jì)算和測(cè)量被被測(cè)對(duì)象的超超調(diào)量Mp，峰峰值時(shí)間tpp，填入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)報(bào)告，並畫畫出階躍響應(yīng)應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)步驟： 注注：S ST用“短路套”短接！將函數(shù)發(fā)生器（BB5）單元的的矩形波輸出出作為系統(tǒng)輸輸入R。（連連續(xù)的正輸出出寬度足夠大大的階躍信號(hào)號(hào)) 在顯示與功功能選擇（DD1）單元中中，通過波形形選擇按鍵選選中矩形波（矩形波指指示燈亮）。 量程選擇開開關(guān)S2置下下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器器1”，使之矩形形波寬度3秒（D1單

24、元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單單元的“矩形波調(diào)幅幅”電位器使矩矩形波輸出電電壓= 3V（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-1-114安置短路路套及測(cè)孔聯(lián)聯(lián)線，表如下下。（a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S2，S11，SS123A3S8，S104A6S2，S65B5S-ST1信號(hào)輸入r(tt)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（OUTTA）A3（H11）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、440K、700K元件庫A11中中直讀式可變變電阻跨接到到A3（

25、H11）和（INN）之間8示波器聯(lián)接1檔A6（OUT）B3（CH1）9B5（OUT）B3（CH22）（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄： 運(yùn)行LABBACT程序序，選擇自動(dòng)動(dòng)控制菜單下下的線性系統(tǒng)統(tǒng)的時(shí)域分析析下的二階典型型系統(tǒng)瞬態(tài)響響應(yīng)和穩(wěn)定性性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛虛擬示波器的的界面，點(diǎn)擊擊開始即可使用用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配配套的虛擬示示波器（B33）單元的CCH1測(cè)孔測(cè)測(cè)量波形。也也可選用普通通示波器觀測(cè)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 分別將（AA11）中的的直讀式可變變電阻調(diào)整到到4K、400K、70KK，等待完整整波形出來后后，點(diǎn)擊停止止，用示波器觀觀察在三種增增益K下，AA6輸出端CC(t)的系系統(tǒng)階躍響應(yīng)應(yīng)，得到實(shí)際際

26、響應(yīng)曲線。（a）01過過阻尼階躍響響應(yīng)曲線 (70K) 型二階系統(tǒng)統(tǒng)在三種情況況下的階躍響響應(yīng)曲線四實(shí)驗(yàn)報(bào)告要要求：按下表改變圖33-1-133所示的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)，畫畫出系統(tǒng)模擬電路路圖。調(diào)整輸入矩形波波寬度3秒，電壓幅幅度 = 3V。 計(jì)算和觀察察被測(cè)對(duì)象的的臨界阻尼的的增益K，填填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告告。1#0.11#0.21#0.50.5#0.110.2#0.11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 畫出階躍響響應(yīng)曲線，測(cè)測(cè)量超調(diào)量MMp，峰值時(shí)時(shí)間tp填入入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（計(jì)計(jì)算值實(shí)驗(yàn)前前必須計(jì)算出出）25#0.1#120#0.1#125#0.

27、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)間tP計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值250.1115.80.316351.37.10.210.220.211.20.22448.53 337.10.29 00.230.39.10.18356.0 559.00.35 00.36200.10.5200.2544.4 335.90.16 00.180.231.60.516.3 661.50.11 00.124044.70.1170.6 664.10.07 00.08注：在另行構(gòu)建建實(shí)驗(yàn)被測(cè)

28、系系統(tǒng)時(shí)，要仔仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)中中各環(huán)節(jié)的輸輸出，不能有有限幅現(xiàn)象（10V輸輸出幅度10V），防防止產(chǎn)生非線線性失真，影影響實(shí)驗(yàn)效果果。例如：在圖3-1-14的的型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬擬電路中，把把慣性環(huán)節(jié)和和積分環(huán)節(jié)的的位置互換（跨跨接元件4KK），從理論論上說，對(duì)系系統(tǒng)輸出應(yīng)沒沒有影響。實(shí)實(shí)際上不然，這這是由于在該該被測(cè)系統(tǒng)的的慣性環(huán)節(jié)的的輸出100V，而本實(shí)實(shí)驗(yàn)箱的被測(cè)測(cè)系統(tǒng)電源電電壓為12V，產(chǎn)產(chǎn)生了限幅現(xiàn)現(xiàn)象，影響了了實(shí)驗(yàn)效果。線性控制系統(tǒng)的的頻域分析實(shí)驗(yàn)三（3.22.1） 頻頻率特性測(cè)試試一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解線性系系統(tǒng)頻率特性性的基本概念念。2了解和掌握握對(duì)數(shù)幅頻曲曲線和相頻曲曲線（

29、波德圖圖）的構(gòu)造及及繪制方法。二實(shí)驗(yàn)原理及及說明 頻域分析析法是應(yīng)用頻頻率特性研究究線性系統(tǒng)的的一種經(jīng)典方方法。它以控控制系統(tǒng)的頻頻率特性作為為數(shù)學(xué)模型，以以波德圖或其其他圖表作為為分析工具，來來研究和分析析控制系統(tǒng)的的動(dòng)態(tài)性能與與穩(wěn)態(tài)性能。波德圖又稱對(duì)數(shù)數(shù)頻率特性曲曲線（包括對(duì)對(duì)數(shù)幅頻和相相頻兩條曲線線），由于方方便實(shí)用，因因此被廣泛地地應(yīng)用于控制制系統(tǒng)分析時(shí)時(shí)的作圖。對(duì)數(shù)頻率特性曲曲線的橫坐標(biāo)標(biāo)統(tǒng)一為角頻頻率，并按十倍倍頻程（deec）對(duì)數(shù)分分度，單位是是弧度/秒rad/ss。對(duì)數(shù)幅幅頻特性曲線線的縱坐標(biāo)表表示對(duì)數(shù)幅頻頻特性的函數(shù)數(shù)值，為均勻勻分度，單位位是分貝ddB。對(duì)數(shù)數(shù)相頻特性曲曲線

30、的縱坐標(biāo)標(biāo)表示相頻特特性的函數(shù)值值，為均勻分分度，單位是是度。一階慣性環(huán)節(jié)的的傳遞函數(shù)：其幅頻特性： 相相頻特性：對(duì)數(shù)幅頻特性定定義為： 三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及及步驟被測(cè)系統(tǒng)是一階階慣性的模擬擬電路圖見圖圖3-2-11，觀測(cè)被測(cè)測(cè)系統(tǒng)的幅頻頻特性和相頻頻特性，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)報(bào)告，並在對(duì)對(duì)數(shù)座標(biāo)紙上上畫出幅頻特特性和相頻特特性曲線。圖3-2-1 被被測(cè)系統(tǒng)（一一階慣性）的的模擬電路圖圖實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將函數(shù)發(fā)發(fā)生器（B55）單元的正正弦波輸出作作為系統(tǒng)輸入入。 在顯示與功功能選擇（DD1）單元中中，通過波形形選擇按鍵選選中正弦波（正弦波指指示燈亮）。 量程選擇開開關(guān)S2置下下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器器2”，使之

31、正弦弦波頻率為88Hz（D11單元右顯示）。 調(diào)節(jié)B5單單元的“正弦波調(diào)幅幅”電位器，使使之正弦波振振幅值輸出為為2V左右（D1單元左顯示）。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-2-11安置短路套套及測(cè)孔聯(lián)線線，表如下。（a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A3S1，S7，SS92A6S2，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11檔B5（SIN）B3（CH11）4A6（OUT）B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄： 運(yùn)行LABBACT程序序，在界面的的自動(dòng)控制菜單下下的線性控制系統(tǒng)統(tǒng)的頻率響應(yīng)應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)項(xiàng)目，選擇時(shí)域分析，就會(huì)會(huì)彈

32、出虛擬示示波器的界面面，點(diǎn)擊開始始，用示波器器觀察波形，應(yīng)應(yīng)避免系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)入非線性狀狀態(tài)。點(diǎn)擊停止鍵后后，可拖動(dòng)時(shí)時(shí)間量程（在在運(yùn)行過程中中，時(shí)間量程程無法改變），以以滿足觀察要要求，頻率特特性的時(shí)域分分析見圖3-2-2，該該圖是在輸入入的正弦波信信號(hào)頻率為88Hz，輸入為為2V時(shí)截出出，其輸入和和輸出的相位位差為44度度，增益為220lg（33/2.155）=+2.89dB。正弦波信號(hào)頻率率為8Hz時(shí)的響應(yīng)應(yīng)曲線示波器的截圖詳詳見虛擬示波波器的使用。四實(shí)驗(yàn)報(bào)告要要求：輸入振幅為2VV，按下表改改變實(shí)驗(yàn)被測(cè)測(cè)系統(tǒng)正弦波波輸入頻率：觀測(cè)幅頻特性和和相頻特性，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)報(bào)告。並在對(duì)對(duì)數(shù)座標(biāo)紙上上畫出

33、幅頻特特性、相頻特特性曲線。20 Hz16 Hz12.5 Hzz9.6 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0.56.0035.973-3.6515.9525.542-7.271.65.8485.862-11.4123.25.3695.057-21.9204.54.8154.526-29.5336.43.8543.723-38.83882.9872.651-45.2449.62.1191.781-50.35612.50.6210.299-57.55716-1.005-1.494-63.56620-2

34、.622-3.075-68.372 思考題：把圖3-22-6所示的的二階閉環(huán)系統(tǒng)作為為被測(cè)系統(tǒng)，觀觀測(cè)系統(tǒng)的閉環(huán)幅幅頻特性和相相頻特性，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)報(bào)告。並畫出出系統(tǒng)的閉環(huán)幅幅頻特性、相相頻特性曲線線。注：在另行構(gòu)建建實(shí)驗(yàn)被測(cè)系系統(tǒng)時(shí)，要求求其系統(tǒng)輸出振幅幅不得大于55V。注：在另行構(gòu)建建實(shí)驗(yàn)被測(cè)系系統(tǒng)時(shí)，要仔仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)中中各環(huán)節(jié)的輸輸出，不能有有限幅現(xiàn)象（10V輸輸出振幅10V），防防止產(chǎn)生非線線性失真，影影響實(shí)驗(yàn)效果果。例如：在圖3-2-6的型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬擬電路中，把把慣性環(huán)節(jié)和和積分環(huán)節(jié)的的位置互換（跨跨接元件4KK），從理論論上說，對(duì)系系統(tǒng)輸出應(yīng)沒沒有影響。實(shí)實(shí)際上不然。

35、因因?yàn)?，?dāng)被測(cè)測(cè)系統(tǒng)的正弦弦波輸入信號(hào)號(hào)為1V，在在某個(gè)頻率時(shí)時(shí)，在該被測(cè)測(cè)系統(tǒng)的慣性性環(huán)節(jié)，系統(tǒng)統(tǒng)輸出振幅10V，而而本實(shí)驗(yàn)箱的的被測(cè)系統(tǒng)電電源電壓為12V，產(chǎn)產(chǎn)生了限幅現(xiàn)現(xiàn)象，影響了了實(shí)驗(yàn)效果。3.2.2 一一階慣性環(huán)節(jié)節(jié)的頻率特性性曲線一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握握一階慣性環(huán)環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性性和相頻特性性，實(shí)頻特性性和虛頻特性性的計(jì)算。2了解和掌握握一階慣性環(huán)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻頻率的計(jì)算，及及慣性時(shí)間常常數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)折頻頻率的影響3了解和掌握握對(duì)數(shù)幅頻曲曲線和相頻曲曲線（波德圖圖）、幅相曲曲線（奈奎斯斯特圖）的構(gòu)構(gòu)造及繪制方方法。二實(shí)驗(yàn)原理及及說明 頻域分析析法是應(yīng)用頻頻率特性研究究線性系統(tǒng)的的一種經(jīng)典

36、方方法。它以控控制系統(tǒng)的頻頻率特性作為為數(shù)學(xué)模型，以以波德圖或其其他圖表作為為分析工具，來來研究和分析析控制系統(tǒng)的的動(dòng)態(tài)性能與與穩(wěn)態(tài)性能。波德圖：波德圖又稱對(duì)數(shù)數(shù)頻率特性曲曲線（包括對(duì)對(duì)數(shù)幅頻和相相頻兩條曲線線），由于方方便實(shí)用，因因此被廣泛地地應(yīng)用于控制制系統(tǒng)分析時(shí)時(shí)的作圖。對(duì)數(shù)頻率特性曲曲線的橫坐標(biāo)標(biāo)統(tǒng)一為角頻頻率，并按十倍倍頻程（deec）對(duì)數(shù)分分度，單位是是弧度/秒rad/ss。對(duì)數(shù)幅幅頻特性曲線線的縱坐標(biāo)表表示對(duì)數(shù)幅頻頻特性的函數(shù)數(shù)值，為均勻勻分度，單位位是分貝ddB。對(duì)數(shù)數(shù)相頻特性曲曲線的縱坐標(biāo)標(biāo)表示相頻特特性的函數(shù)值值，為均勻分分度，單位是是度。對(duì)數(shù)幅頻特性定定義為： （3-22

37、-1）2極坐標(biāo)圖：極坐標(biāo)圖又稱幅幅相頻率特性性曲線（簡(jiǎn)稱稱幅相曲線），還還稱奈奎斯特特圖。其特點(diǎn)點(diǎn)是把頻率看看成參變量，當(dāng)當(dāng)從0時(shí)將頻率率特性的幅頻頻和相頻特性性或?qū)嶎l和虛虛頻特性同時(shí)時(shí)表示在復(fù)數(shù)數(shù)平面上。實(shí)頻特性定義為為： （33-2-2）虛頻特性定義為為： （33-2-3）三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及及步驟慣性環(huán)節(jié)的頻率率特性測(cè)試電電路見圖3-2-3，改改變被測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)的各項(xiàng)電路路參數(shù)，畫出出其系統(tǒng)模擬電路路圖，及頻率率特性曲線，並並計(jì)算和測(cè)量量其轉(zhuǎn)折頻率率，填入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)報(bào)告。圖3-2-3 慣慣性環(huán)節(jié)的頻頻率特性測(cè)試試電路圖3-2-3電電路的增益KK=2，慣性性時(shí)間常數(shù) T=0.002秒，轉(zhuǎn)折折頻率=1/T=

38、50 raad/s。 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將數(shù)/模模轉(zhuǎn)換器（BB2）輸出OOUT2作為為被測(cè)系統(tǒng)的的輸入。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-2-33安置短路套套及測(cè)孔聯(lián)線線，表如下。（a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A3S1，S7，SS92A6S2，S61信號(hào)輸入B2（OUT22）A3（H11）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUT）A6（H1）3相位測(cè)量A6（OUT） A8（CIN1）4A8（COUTT1）B8（IRRQ6）5幅值測(cè)量A6（OUT） B7（IN4）（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄： 運(yùn)行LABBACT程序序，選擇自動(dòng)動(dòng)控制菜單下下的線性控制系統(tǒng)統(tǒng)的頻率響應(yīng)應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)項(xiàng)目，選擇一階系統(tǒng)統(tǒng)

39、，就會(huì)彈出頻率特性掃掃描點(diǎn)設(shè)置表，見圖33-2-7，在在該表中用戶戶可根據(jù)自己己的需要填入入各個(gè)掃描點(diǎn)點(diǎn)（本實(shí)驗(yàn)機(jī)機(jī)選取的頻率率值f，以00.1Hz為為分辨率），如如需在特性曲曲線上直接標(biāo)標(biāo)注某個(gè)掃描描點(diǎn)的角頻率率、幅頻特性性L()或相頻特特性()，則可在在該表的掃描描點(diǎn)上小框內(nèi)內(nèi)點(diǎn)擊一下（打打）。確認(rèn)后將彈出虛虛擬示波器的的頻率特性界界面，點(diǎn)擊開開始，即可按頻率特性掃掃描點(diǎn)設(shè)置表，實(shí)現(xiàn)頻頻率特性測(cè)試試。 測(cè)試結(jié)束后后（約十分鐘鐘），可點(diǎn)擊擊界面下方的的“頻率特性”選擇框中的的任意一項(xiàng)進(jìn)進(jìn)行切換，將將顯示被測(cè)系系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅幅頻、相頻曲曲線(伯德圖圖)和幅相曲曲線(奈奎斯斯特圖)，見見圖3-2-

40、4。示波器器的截圖詳見見虛擬示波器器的使用。顯示該系統(tǒng)用用戶點(diǎn)取的頻頻率點(diǎn)的、L、Imm、Re實(shí)驗(yàn)機(jī)在測(cè)試頻頻率特性結(jié)束束后，將提示用戶用用鼠標(biāo)直接在在幅頻或相頻頻特性曲線的的界面上點(diǎn)擊擊所需增加的的頻率點(diǎn)（為為了教育上的的方便，本實(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)選取的的頻率值f，以以0.1Hzz為分辨率），實(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)將會(huì)把把鼠標(biāo)點(diǎn)取的的頻率點(diǎn)的頻頻率信號(hào)送入入到被測(cè)對(duì)象象的輸入端，然然后檢測(cè)該頻頻率的頻率特特性。檢測(cè)完完成后在界面面上方顯示該該頻率點(diǎn)的ff、L、Imm、Re相關(guān)關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)時(shí)在曲線上打打十字標(biāo)記。(a)對(duì)數(shù)幅頻頻曲線（Boode圖）轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率=1/T（b）對(duì)數(shù)相頻頻曲線（Boode圖）（c） 幅

41、相曲曲線（Nyqquist曲曲線） 被測(cè)系統(tǒng)的的開環(huán)對(duì)數(shù)幅幅頻曲線、相相頻曲線及幅幅相曲線示波器的截圖詳詳見虛擬示波波器的使用。四實(shí)驗(yàn)報(bào)告要要求：按下表改變圖33-2-3所所示的實(shí)驗(yàn)被被測(cè)系統(tǒng)：改改變慣性時(shí)間間常數(shù) T（改改變模擬單元元A3的反饋饋電容C）。畫出其系統(tǒng)模擬擬電路圖，在在實(shí)驗(yàn)報(bào)告空白白處填上轉(zhuǎn)折折頻率（）測(cè)量值和計(jì)計(jì)算值。T=0.1對(duì)數(shù)數(shù)幅頻曲線（BBode圖）轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率=1/TT=0.1對(duì)數(shù)數(shù)相頻曲線（BBode圖）T=0.2對(duì)數(shù)數(shù)幅頻曲線（BBode圖）T=0.2對(duì)數(shù)數(shù)相頻曲線（BBode圖）T=0.3對(duì)數(shù)數(shù)幅頻曲線（BBode圖）T=0.3對(duì)數(shù)數(shù)相頻曲線（BBode圖

42、）慣性時(shí)間常數(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)建建實(shí)驗(yàn)被測(cè)系系統(tǒng)時(shí)，要求求其系統(tǒng)輸出振幅幅不得大于55V。3.3 線性系系統(tǒng)的校正與與狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的校正正與狀態(tài)反饋饋就是在被控控對(duì)象已確定定，在給定性性能指標(biāo)的前前提下，要求求設(shè)計(jì)者選擇擇控制器（校校正網(wǎng)絡(luò)）的的結(jié)構(gòu)和參數(shù)數(shù)，使控制器器和被控對(duì)象象組成一個(gè)性性能滿足指標(biāo)標(biāo)要求的系統(tǒng)。3.3.1 頻頻域法串聯(lián)超超前校正頻域法校正主要要是通過對(duì)被被控對(duì)象的開開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性性和相頻特性性（波德圖）觀觀察和分析實(shí)實(shí)現(xiàn)的。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握握超前校正的原理。2了解和掌握握利用閉環(huán)和和開環(huán)的對(duì)數(shù)

43、數(shù)幅頻特性和和相頻特性完完成超前校正正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)數(shù)的計(jì)算。3掌握在被控控系統(tǒng)中如何何串入超前校正網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一個(gè)性能能滿足指標(biāo)要要求的新系統(tǒng)的方法。 二實(shí)驗(yàn)原理及及說明超前校正的原理理是利用超前前校正網(wǎng)絡(luò)的的相角超前特特性，使中頻頻段斜率由-40dB/dec變?yōu)闉?20 ddB /deec并占據(jù)較較大的頻率范范圍，從而使使系統(tǒng)相角裕裕度增大，動(dòng)動(dòng)態(tài)過程超調(diào)調(diào)量下降；并并使系統(tǒng)開環(huán)環(huán)截止頻率增增大，從而使使閉環(huán)系統(tǒng)帶帶寬也增大，響響應(yīng)速度也加加快。超前校校正網(wǎng)絡(luò)的電電路圖及伯德德圖見圖3-3-1。 圖3-3-1 超前校正正網(wǎng)絡(luò)的電路路圖及伯德圖圖超前校正網(wǎng)絡(luò)傳傳遞函數(shù)為： （33-3-1）網(wǎng)絡(luò)的

44、參數(shù)為： ， （3-3-2）在設(shè)計(jì)超前校正正網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)應(yīng)使網(wǎng)絡(luò)的最大超前相相位角盡可能能出現(xiàn)在校正正后的系統(tǒng)的幅值穿越頻頻率c處，即m=c。 網(wǎng)絡(luò)的最大超超前相位角為為： 或?yàn)椋?（3-3-3）處的對(duì)數(shù)幅頻值值為： （33-3-4）網(wǎng)絡(luò)的最大超前前角頻率為： （3-3-5）從式（3-3-1）可知，接接入超前校正正網(wǎng)絡(luò)后被校校正系統(tǒng)的開開環(huán)增益要下降aa倍，因此為為了保持與系系統(tǒng)未校正前前的開環(huán)增益相相一致，接入入超前校正網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)后，必須須另行提高系系統(tǒng)的開環(huán)增益a倍來補(bǔ)償。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及及步驟 1觀測(cè)被控系系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性性和相頻特性性，幅值穿越頻率率c，相位裕裕度，按“校正后系統(tǒng)的的相位裕

45、度”要求,設(shè)計(jì)校正參數(shù)數(shù)，構(gòu)建校正正后系統(tǒng)。2觀測(cè)校正前前、后的時(shí)域域特性曲線，並並測(cè)量校正后系統(tǒng)的的相位裕度、超調(diào)量Mp、峰值時(shí)時(shí)間tP。3改變 “校校正后系統(tǒng)的的相位裕度”要求,設(shè)計(jì)校正參數(shù)數(shù)，構(gòu)建校正正后系統(tǒng)，畫出其其系統(tǒng)模擬電路路圖和階躍響響應(yīng)曲線，觀觀測(cè)校正后相相位裕度、超調(diào)量Mp、峰值時(shí)時(shí)間tP填入實(shí)驗(yàn)報(bào)報(bào)告。注：在進(jìn)行本實(shí)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)熟練練掌握使用本本實(shí)驗(yàn)機(jī)的二階系統(tǒng)開開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性性和相頻特性性的測(cè)試方法法。1未校正系統(tǒng)統(tǒng)的時(shí)域特性性的測(cè)試未校正系統(tǒng)模擬擬電路圖見圖圖3-3-22。本實(shí)驗(yàn)將將函數(shù)發(fā)生器器（B5）單單元作為信號(hào)號(hào)發(fā)生器， OUT輸出出施加于被測(cè)測(cè)系統(tǒng)的輸入入端Ui，

46、觀察OOUT從0VV階躍+2.5V時(shí)被測(cè)測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域域特性。圖3-3-2 未校校正系統(tǒng)模擬擬電路圖圖3-3-2未未校正系統(tǒng)的的開環(huán)傳遞函函數(shù)為：實(shí)驗(yàn)步驟： 注注：S ST 用“短路套”短接?。?）將函數(shù)發(fā)發(fā)生器（B55）單元的矩矩形波輸出作作為系統(tǒng)輸入入R。（連續(xù)續(xù)的正輸出寬寬度足夠大的的階躍信號(hào)) 在顯示與功功能選擇（DD1）單元中中，通過波形形選擇按鍵選選中矩形波（矩形波指指示燈亮）。 量程選擇開開關(guān)S2置下下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器器1”，使之矩形形波寬度3秒（D1單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單單元的“矩形波調(diào)幅幅”電位器使矩矩形波輸出電電壓= 2.5VV（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬擬電路

47、：按圖圖3-3-22安置短路套套及測(cè)孔聯(lián)線線，表如下。1信號(hào)輸入r(tt)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（OUTTA）A6（H11）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（CH11）7B5（OUT）B3（CH2）（a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S3，S113A3S1，S64A6S4，S8，SS95B5S-ST（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄： 運(yùn)行LABBACT程序序，在自動(dòng)控制菜單下下的“線性系統(tǒng)的的校正和狀態(tài)態(tài)反饋” -實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目目，選中“線性系統(tǒng)

48、的的校正”項(xiàng)，彈出線線性系統(tǒng)的校校正的界面，點(diǎn)點(diǎn)擊開始，用虛擬示波波器CH1觀觀察系統(tǒng)輸出出信號(hào)。 觀察OUTT從0V階躍躍+2.5VV時(shí)被測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)的時(shí)域特性性，被測(cè)系統(tǒng)輸出出的時(shí)域特性性曲線見圖33-3-3，等待一個(gè)完整的波形出來后，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)間及調(diào)節(jié)時(shí)間。 未校正系統(tǒng)的時(shí)時(shí)域特性曲線線在未校正系統(tǒng)的的時(shí)域特性特特性曲線上可可測(cè)得時(shí)域特性性：超調(diào)量Mp=56.4 % 峰值時(shí)時(shí)間tp= 0.322秒 調(diào)節(jié)時(shí)時(shí)間ts=1.8S(=5時(shí))示波器的截圖詳詳見虛擬示波波器的使用。2未校正系統(tǒng)統(tǒng)的頻域特性性的測(cè)試本實(shí)驗(yàn)將數(shù)/模模轉(zhuǎn)換器（BB2）單元作作為信號(hào)發(fā)生生器，實(shí)驗(yàn)

49、開開始后，將按按頻率特性掃掃描點(diǎn)設(shè)置表規(guī)定的頻頻率值，按序序自動(dòng)產(chǎn)生多多種頻率信號(hào)號(hào)，OUT22輸出施加于于被測(cè)系統(tǒng)的的輸入端r(t)，然然后分別測(cè)量量被測(cè)系統(tǒng)的的輸出信號(hào)的的開環(huán)對(duì)數(shù)幅值值和相位，數(shù)數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)運(yùn)運(yùn)算后在虛擬擬示波器中顯顯示。未校正系統(tǒng)頻域域特性測(cè)試的的模擬電路圖圖見圖3-33-4。圖3-3-4 未校校正系統(tǒng)頻域域特性測(cè)試的的模擬電路圖圖 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將數(shù)/模模轉(zhuǎn)換器（BB2）輸出OOUT2作為為被測(cè)系統(tǒng)的的輸入。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-3-44安置短路套套及測(cè)孔聯(lián)線線表如下。 （a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S3，S113

50、A3S1，S64A6S4，S8，SS95B5S-ST1信號(hào)輸入r(tt)B2（OUT22）A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2A（OUTTA）A6（H11）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（OUT） A8（CIN1）8A8（COUTT1） B8（IIRQ6）（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄：將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器器（B2）輸輸出OUT22作為被測(cè)系系統(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)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，則進(jìn)

51、行頻率特性測(cè)試。詳見第3.2 節(jié)線性控制系統(tǒng)的頻域分析。圖3-3-4的的被測(cè)二階系系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)對(duì)數(shù)幅頻、相相頻曲線見圖圖3-3-55和圖3-33-6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)開環(huán)環(huán)幅頻特性曲曲線在未校正系統(tǒng)開開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻頻曲線上，用用鼠標(biāo)在曲線線處點(diǎn)擊一下下，待檢測(cè)完完成后，就可可以根據(jù)十字標(biāo)記測(cè)得系統(tǒng)的幅值穿穿越頻率c ，見圖33-3-5，其其穿越頻率c=9.4 raad/s。再在未校正系統(tǒng)統(tǒng)開環(huán)相頻特特性曲線上，根根據(jù)十字標(biāo)記測(cè)得系統(tǒng)的相相位角，見圖圖3-3-66。 校正前相位裕度校正前穿越頻率c校正前相

52、位裕度校正前穿越頻率c未校正系統(tǒng)的開開環(huán)相頻特性性曲線穿越頻率c=9.4 rrad/s ， 相位裕度度= 188.9 示波器的截圖圖詳見虛擬示示波器的使用用。3超前校正網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 在未校正系系統(tǒng)模擬電路路的開環(huán)相頻特性性曲線（圖33-3-5）上測(cè)得未校正系統(tǒng)的相位裕度。 如果設(shè)計(jì)要要求校正后系系統(tǒng)的相位裕裕度，則網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的最大超前相相位角必須為： ，。其中為考慮到到時(shí)，所需減減的角度，一一般取510。 據(jù)式 3-3-3 可計(jì)算出網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)： 據(jù)式 3-3-4 可計(jì)算出網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的最大超前相相位角處的對(duì)對(duì)數(shù)幅頻值為： 在未校正系系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)數(shù)幅頻曲線上上，用鼠標(biāo)在在曲線處點(diǎn)擊擊一下，待檢檢測(cè)完成后

53、，就就可以根據(jù)十字標(biāo)記，可測(cè)得系統(tǒng)在時(shí)的角頻率=14.4 radd/s ，見圖3-3-5，該該角頻率應(yīng)是網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的最大超前角角頻率，這亦亦是串聯(lián)超前前校正后系統(tǒng)統(tǒng)的零分貝頻率率。 據(jù)式 3-3-5可計(jì)計(jì)算出計(jì)算串聯(lián)超前前校正網(wǎng)絡(luò)參參數(shù)：， 據(jù)式 3-3-2 令 CC=1u， 計(jì)算出：R4=1555K， R5=388.7K超前校正網(wǎng)絡(luò)傳傳遞函數(shù)為： （33-3-7）為了補(bǔ)償接入入超前校正網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)后，被校校正系統(tǒng)的開開環(huán)增益要下降aa倍，必須另另行提高系統(tǒng)統(tǒng)的開環(huán)增益增增益a倍。因?yàn)閍a=5，所以以校正后系統(tǒng)另另行串入開環(huán)環(huán)增益應(yīng)等于于5的運(yùn)放AA5。 4、串聯(lián)超前校校正后系統(tǒng)的的頻域特性的的測(cè)試串聯(lián)

54、超前校正后后系統(tǒng)頻域特特性測(cè)試的模模擬電路圖見見圖3-3-7。圖3-3-7（aa） 串聯(lián)超超前校正后系系統(tǒng)頻域特性性測(cè)試的模擬擬電路圖圖3-3-7（bb）校正網(wǎng)絡(luò)絡(luò)（部分）連連線示意圖圖3-3-7（aa）串聯(lián)超前前校正后系統(tǒng)統(tǒng)的傳遞函數(shù)為為：實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將數(shù)/模模轉(zhuǎn)換器（BB2）輸出OOUT2作為為被測(cè)系統(tǒng)的的輸入。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-3-77（a）、圖圖3-3-77（b）安置置短路套與測(cè)測(cè)孔聯(lián)線表如如下。1信號(hào)輸入r(tt)B2（OUT22）A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2A（OUTTA）A6（H11）3負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）4運(yùn)放級(jí)聯(lián)A6（OUT）A3（H1）5幅值測(cè)

55、量A3（OUT） B7（IN4）6相位測(cè)量A3（OUT） A8（CIN1）7A8（COUTT1） B8（IIRQ6）8/9跨接元件（155K）元件庫A11中中可變電阻跨跨接到A1（OUT）和和A10（IIN+）之間間校正網(wǎng)絡(luò)：參見圖3-3-7(b)10/11跨接元件（1u）元件庫A11中中可變電阻跨跨接到A1（OUT）和和A10（IIN+）之間間12/13跨接元件（38.7K）元件庫A11中中可變電阻跨跨接到 A10（INN+）和GNND之間14運(yùn)放級(jí)聯(lián)A10（OUTT）A5（H11）15運(yùn)放級(jí)聯(lián)A5B（OUTTB）A2（H11）（a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S

56、82A2S3，S113A3S1，S64A5S3，S75A6S4，S8，SS96B5S-ST7A10S1（3）運(yùn)行、觀觀察、記錄：運(yùn)行程序同22未校正系系統(tǒng)的頻域特特性的測(cè)試。圖3-3-7（aa）的串聯(lián)超超前校正后系系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)對(duì)數(shù)幅頻、相相頻曲線。在在校正后系統(tǒng)開環(huán)對(duì)對(duì)數(shù)幅頻曲線線上，用鼠標(biāo)標(biāo)在曲線處點(diǎn)點(diǎn)擊一下，待待檢測(cè)完成后后，就可以根根據(jù)十字標(biāo)記測(cè)得系校正后系統(tǒng)的幅值穿越頻頻率c ，見圖33-3-8，其其穿越頻率c=14.455 rad/s。再在校校正后系統(tǒng)開環(huán)相頻頻特性曲線上上，根據(jù)十字標(biāo)記測(cè)得系統(tǒng)的相相位角，見圖圖3-3-99，其相位裕裕度。校正后穿越頻率校正后穿越頻率c圖3-3-8

57、串串聯(lián)超前校正正后系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)對(duì)數(shù)幅頻曲線線校正后相位裕度校正后穿越頻率校正后相位裕度校正后穿越頻率c圖3-3-9 串聯(lián)聯(lián)超前校正后后系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)對(duì)數(shù)相頻曲線線在串聯(lián)超前校正正后的相頻特特性曲線上可可測(cè)得串聯(lián)超前前校正后系統(tǒng)統(tǒng)的頻域特性性： 穿越頻率率c= 114.45 rad/ss， 相相位裕度=54.5 測(cè)試結(jié)果表明明符合設(shè)計(jì)要要求。示波器的截圖詳詳見虛擬示波波器的使用。5、串聯(lián)超前校校正系統(tǒng)的時(shí)時(shí)域特性的測(cè)測(cè)試串聯(lián)超前校正后后系統(tǒng)時(shí)域特特性測(cè)試的模模擬電路圖見見圖3-3-10。圖3-3-100 串聯(lián)聯(lián)超前校正后后系統(tǒng)時(shí)域特特性測(cè)試的模模擬電路圖實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST 用“短路套”短接?。?/p>

58、1）將函數(shù)發(fā)發(fā)生器（B55）單元的矩矩形波輸出作作為系統(tǒng)輸入入R。（連續(xù)續(xù)的正輸出寬寬度足夠大的的階躍信號(hào)) 在顯示與功功能選擇（DD1）單元中中，通過波形形選擇按鍵選選中矩形波（矩形波指指示燈亮）。 量程選擇開開關(guān)S2置下下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器器1”，使之矩形形波寬度3秒（D1單元左顯示）。 調(diào)節(jié)B5單單元的“矩形波調(diào)幅幅”電位器使矩矩形波輸出電電壓= 2.5VV（D1單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬擬電路：按圖圖3-3-110安置短路路套與測(cè)孔聯(lián)聯(lián)線按下表。（a）安置短路路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S3，S113A3S1，S64A5S3，S75A6S4，S8，SS96B5S-ST7A10S11信號(hào)輸入r(t