機械控制理論實驗指導(dǎo)書-2010

目錄一．控制工程實驗指導(dǎo)1．概述.........................................................12．實驗一典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真研究......................53．實驗二典型系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)定性分析..........................124．實驗三球桿控制系統(tǒng)實驗...................................16概述一．實驗系統(tǒng)功能特點1．系統(tǒng)可以按教學(xué)需要組合，滿足“自動控制原理”課程初級與高級實驗的需要。只配備ACT-I實驗箱，則實驗時另需配備示波器，且只能完成部分基本實驗。要完成與軟件仿真、混合仿真有關(guān)的實驗必須配備上位機（包含相應(yīng)軟件）及并口通訊線。2．ACT-I實驗箱內(nèi)含有實驗必要的電源、信號發(fā)生器以及非線性與高階電模擬單元，可根據(jù)教學(xué)實驗需要進行靈活組合，構(gòu)成各種典型環(huán)節(jié)與系統(tǒng)。此外，ACT-I實驗箱內(nèi)還可含有數(shù)據(jù)處理單元，用于數(shù)據(jù)采集、輸出以及和上位機的通訊。3．配備PC微機作操作臺時，將高效率支持“自動控制原理”的教學(xué)實驗。系統(tǒng)提供界面友好、功能豐富的上位機軟件。PC微機在實驗中，除了滿足軟件仿真需要外，又可成為測試所需的虛擬儀器、測試信號發(fā)生器以及具有很強柔性的數(shù)字控制器。4．系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計，充分考慮了開放型、研究型實驗的需要。除了指導(dǎo)書所提供的10個實驗外，還可自行設(shè)計實驗。二．系統(tǒng)構(gòu)成實驗系統(tǒng)由上位PC微機（含實驗系統(tǒng)上位機軟件）、ACT-I實驗箱、并行通訊線等組成。ACT-I實驗箱內(nèi)裝有以ADC812芯片（含數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件）為核心構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理卡，通過并口與PC微機連接。1．實驗箱ACT-I簡介ACT-I控制理論實驗箱主要由電源部分U1單元、信號源部分U2單元、與PC機進行通訊的數(shù)據(jù)處理U3單元、元器件單元U4、非線性單元U5～U7以及模擬電路單元U8～U16等共16個單元組成，詳見附圖。電源單元U1包括電源開關(guān)、保險絲、＋5V、－5V、＋15V、－15V、0V以及1.3V～15V可調(diào)電壓的輸出，它們提供了實驗箱所需的所有工作電源。信號源單元U2可以產(chǎn)生頻率與幅值可調(diào)的周期方波信號、周期斜坡信號、周期拋物線信號以及正弦信號，并提供與周期階躍、斜坡、拋物線信號相配合的周期鎖零信號。該單元面板上配置的撥鍵S1和S2用于周期階躍、斜坡、拋物線信號的頻率段選擇，可有以下4種狀態(tài)：①S1和S2均下?lián)堋敵鲂盘栔芷诘恼{(diào)節(jié)范圍為2～60ms；②S1上撥、S2下?lián)堋敵鲂盘栔芷诘恼{(diào)節(jié)范圍為0.2～6s；③S1下?lián)?、S2上撥——輸出信號周期的調(diào)節(jié)范圍為20～600ms；④S1和S2均上撥——輸出信號周期的調(diào)節(jié)范圍為0.16～7s；另有電位器RP1用于以上頻率微調(diào)。電位器RP2、RP3和RP4依次分別用于周期階躍、斜坡與拋物線信號的幅值調(diào)節(jié)。在上述S1和S2的4種狀態(tài)下，階躍信號的幅值調(diào)節(jié)范圍均為0～14V；除第三種狀態(tài)外，其余3種狀態(tài)的斜坡信號和拋物線信號的幅值調(diào)節(jié)范圍均為0～15V；在第三種狀態(tài)時，斜坡信號的幅值調(diào)節(jié)范圍為0～10V，拋物線信號的幅值調(diào)節(jié)范圍為0～2.5V。信號單元面板上的撥鍵S3用于正弦信號的頻率段的選擇：當(dāng)S3上撥時輸出頻率范圍為140Hz～14KHz；當(dāng)S3下?lián)軙r輸出頻率范圍為2～160Hz。電位器RP5和RP6分別用于正弦信號的頻率微調(diào)和幅值調(diào)節(jié)，其幅值調(diào)節(jié)范圍為0-14V。數(shù)據(jù)處理單元U3內(nèi)含以ADC812為核心組成的數(shù)據(jù)處理卡（含軟件），通過并行口與上位PC進行通訊。內(nèi)部包含6路A/D采集輸入通道和兩路D/A輸出通道。與上位機一起使用時，可同時使用其中兩個輸入和兩個輸出通道。結(jié)合上位機軟件，用以實現(xiàn)虛擬示波器、測試信號發(fā)生器以及數(shù)字控制器功能。元器件單元U4單元提供了實驗所需的電容、電阻與電位器，另提供插接電路供放置自己選定大小的元器件。非線性環(huán)節(jié)單元U5、U6和U7U5，U6，U7分別用于構(gòu)成不同的典型非線性環(huán)節(jié)。單元U5可通過撥鍵S4選擇具有死區(qū)特性或間隙特性的非線性環(huán)節(jié)模擬電路。單元U6為具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)模擬電路。單元U7為具有飽和特性的非線性環(huán)節(jié)模擬電路。模擬電路單元U8～U16U8～U16為由運算放大器與電阻，電容等器件組成的模擬電路單元。其中U8為倒相電路，實驗時通常用作反號器。U9～U16的每個單元內(nèi)，都有用場效應(yīng)管組成的鎖零電路和運放調(diào)零電位器。2．系統(tǒng)上位機軟件的功能與使用方法，詳見《ACT-I自動控制理論實驗上位機程序使用說明書》。三．自動控制理論實驗系統(tǒng)實驗內(nèi)容1．典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真研究；2．典型系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)定性分析；3．典型環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）的頻率特性測量；4．線性系統(tǒng)串聯(lián)校正；5．典型非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性；6．非線性系統(tǒng)相平面法；7．非線性系統(tǒng)描述函數(shù)法；8．極點配置線性系統(tǒng)全狀態(tài)反饋控制；9．采樣控制系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)定性分析的混合仿真研究；10．采樣控制系統(tǒng)串聯(lián)校正的混合仿真研究。要完成上列全部實驗，必須配備上位計算機。四．實驗注意事項1．實驗前U9～U16單元內(nèi)的運放需要調(diào)零。2．運算放大器邊上的鎖零點G接線要正確。不需要鎖零時（運放構(gòu)成環(huán)節(jié)中不含電容或輸入信號為正弦波時），必須把G與-15V相連；在需要鎖零時，必須與其輸入信號同步的鎖零信號相連。如在采用PC產(chǎn)生的經(jīng)D/A通道輸出的信號O1作為該環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的輸入時，運放的鎖零信號G應(yīng)連U3單元的G1（對應(yīng)O1）；類似地，如采用PC產(chǎn)生的信號O2作輸入，則鎖零信號G應(yīng)連U3單元的G2（對應(yīng)O2）。鎖零主要用于對電容充電后需要放電的場合，一般不需要鎖零。3．在設(shè)計和連接被控對象或系統(tǒng)的模擬電路時，要特別注意，實驗箱上的運放都是反相輸入的，因此對于整個系統(tǒng)以及反饋的正負(fù)引出點是否正確都需要仔細(xì)考慮，必要時接入反號器。4．作頻率特性實驗和采樣控制實驗時，必須注意上位機界面操作時“通道設(shè)置”只允許選用采樣通道X作為A/D輸入。至于該“X通道”具體采用“I1～I6”中哪一個通道，決定于控制箱上的實際連線，必須注意硬件連線與軟件界面上操作的一致性。類似地，軟件界面上操作時，也必須注意“通道設(shè)置”與“顯示”選擇的一致性。此一致性要求對所有使用通道的實驗都是一樣的，只是其它實驗還允許以同樣方式使用Y通道。5．上位機軟件提供線性系統(tǒng)軟件仿真功能。在作軟件仿真時，無論是一個環(huán)節(jié)、或是幾個環(huán)節(jié)組成的被控對象、或是閉環(huán)系統(tǒng)，在利用上位機界面作實驗時，都必須將開環(huán)或閉環(huán)的傳遞函數(shù)都轉(zhuǎn)化成下面形式，以便填入?yún)?shù)ai,bj其中，。如出現(xiàn)的情況，軟件仿真就會出錯，必須設(shè)法避免。如實驗一，在作理想比例微分（PD）環(huán)節(jié)的軟件仿真實驗時就會遇到此問題，因為此時可見該W(s)分子中s的階高于分母的，直接填入?yún)?shù)仿真，即出現(xiàn)“非法操作”的提示。具體避免方法請參閱該實驗附錄。6．受數(shù)據(jù)處理單元U3的數(shù)據(jù)處理速率限制，作頻率特性實驗和采樣控制實驗時，在上位機界面上操作“實驗參數(shù)設(shè)置”必須注意頻率點和采樣控制頻率的選擇。對于頻率特性實驗，應(yīng)滿足ω<30Rad/sec，以免引起過大誤差。類似地，對于采樣控制實驗，采樣控制周期應(yīng)不小于2ms。

實驗一典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真研究一．實驗?zāi)康?．通過實驗熟悉并掌握實驗裝置和上位機軟件的使用方法。2．通過實驗熟悉各種典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其特性，掌握電路模擬和軟件仿真研究方法。二．實驗內(nèi)容1．設(shè)計各種典型環(huán)節(jié)的模擬電路。2．完成各種典型環(huán)節(jié)模擬電路的階躍特性測試，并研究參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)階躍特性的影響。3．在上位機界面上，填入各個環(huán)節(jié)的實際（非理想）傳遞函數(shù)參數(shù)，完成典型環(huán)節(jié)階躍特性的軟件仿真研究，并與電路模擬研究的結(jié)果作比較。三．實驗步驟1．熟悉實驗箱，利用實驗箱上的模擬電路單元，參考本實驗附錄設(shè)計并連接各種典型環(huán)節(jié)（包括比例、積分、比例積分、比例微分、比例積分微分以及慣性環(huán)節(jié)）的模擬電路。注意實驗接線前必須先將實驗箱上電，以對運放仔細(xì)調(diào)零。然后斷電，再接線。接線時要注意不同環(huán)節(jié)、不同測試信號對運放鎖零的要求。在輸入階躍信號時，除比例環(huán)節(jié)運放可不鎖零（G可接-15V）也可鎖零外，其余環(huán)節(jié)都需要考慮運放鎖零。2．利用實驗設(shè)備完成各典型環(huán)節(jié)模擬電路的階躍特性測試，并研究參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)階躍特性的影響。無上位機時，利用實驗箱上的信號源單元U2所輸出的周期階躍信號作為環(huán)節(jié)輸入，即連接箱上U2的“階躍”與環(huán)節(jié)的輸入端（例如對比例環(huán)節(jié)即圖1.1.2的Ui），同時連接U2的“鎖零（G）”與運放的鎖零G。然后用示波器觀測該環(huán)節(jié)的輸入與輸出（例如對比例環(huán)節(jié)即測試圖1.1.2的Ui和Uo）。注意調(diào)節(jié)U2的周期階躍信號的“頻率”電位器RP5與“幅值”電位器RP2，以保證觀測到完整的階躍響應(yīng)過程。有上位機時，必須在熟悉上位機界面操作的基礎(chǔ)上，充分利用上位機提供的虛擬示波器與信號發(fā)生器功能。為了利用上位機提供的虛擬示波器與信號發(fā)生器功能，接線方式將不同于上述無上位機情況。仍以比例環(huán)節(jié)為例，此時將Ui連到實驗箱U3單元的O1（D/A通道的輸出端），將Uo連到實驗箱U3單元的I1（A/D通道的輸入端），將運放的鎖零G連到實驗箱U3單元的G1（與O1同步），并連好U3單元至上位機的并口通信線。接線完成，經(jīng)檢查無誤，再給實驗箱上電后，啟動上位機程序，進入主界面。界面上的操作步驟如下：①按通道接線情況完成“通道設(shè)置”:在界面左下方“通道設(shè)置”框內(nèi)，“信號發(fā)生通道”選擇“通道O1＃”，“采樣通道X”選擇“通道I1＃”，“采樣通道Y”選擇“不采集”。②進行“系統(tǒng)連接”（見界面左下角），如連接正常即可按動態(tài)狀態(tài)框內(nèi)的提示（在界面正下方）“進入實驗?zāi)Ｊ健保蝗邕B接失敗，檢查并口連線和實驗箱電源后再連接，如再失敗則請求指導(dǎo)教師幫助。③進入實驗?zāi)Ｊ胶螅葘︼@示進行設(shè)置：選擇“顯示模式”（在主界面左上角）為“X-t”；選擇“量程”（在“顯示模式”下方）為100ms/div；并在界面右方選擇“顯示”“系統(tǒng)輸入信號”和“采樣通道X”。④完成實驗設(shè)置，先選擇“實驗類別”（在主界面右上角）為“時域”，然后點擊“實驗參數(shù)設(shè)置”，在彈出的“系統(tǒng)測試信號設(shè)置”框內(nèi)，選擇“輸入波形類別”為“周期階躍信號”，選擇“輸入波形占空比”為50%，選擇“輸入波形周期”為“1000ms”，選擇“輸入持續(xù)時間”為“1000ms”，選擇波形不“連續(xù)”,選擇“輸入波形幅值”為“1V”，將零位偏移設(shè)為“0”。以上除必須選擇“周期階躍信號”外，其余的選擇都不是唯一的。要特別注意，除單個比例環(huán)節(jié)外，對其它環(huán)節(jié)和系統(tǒng)都必須考慮環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的時間常數(shù)，如仍選擇“輸入波形占空比”為50%，那么“輸入波形周期”至少是環(huán)節(jié)或系統(tǒng)中最大時間常數(shù)的6～8倍。這樣，實驗中才能觀測到階躍響應(yīng)的整個過程。⑤以上設(shè)置完成后，按“實驗啟動”啟動實驗，動態(tài)波形得到顯示，直至“持續(xù)時間”結(jié)束，實驗也自動結(jié)束，如上述參數(shù)設(shè)置合理就可以在主界面中間得到環(huán)節(jié)的“階躍響應(yīng)”。⑥利用“紅線數(shù)值顯示”功能（詳見軟件使用說明書）觀測實驗結(jié)果；改變實驗箱上環(huán)節(jié)參數(shù)，重復(fù)⑤的操作；如發(fā)現(xiàn)實驗參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，看不到“階躍響應(yīng)”全過程，可重復(fù)④、⑤的操作。⑦按實驗報告需要，將圖形結(jié)果保存為位圖文件，操作方法參閱軟件使用說明書。3．利用上位機完成環(huán)節(jié)階躍特性軟件仿真的操作，前①②步驟與2相同，其后操作步驟如下：③進入實驗?zāi)Ｊ胶螅葘︼@示進行設(shè)置：選擇“顯示模式”（在主界面左上角）為“X-t”；選擇“量程”（在“顯示模式”下方）為100ms/div；并在界面右方選擇“顯示”“系統(tǒng)仿真”。④在上位機界面右上角“實驗類別”中選擇“軟件仿真”。⑤然后點擊“實驗參數(shù)設(shè)置”，在彈出的“仿真設(shè)置”框內(nèi)，先作“系統(tǒng)仿真輸入信號設(shè)定”，選擇“輸入波形類別”為“周期階躍信號”，選擇“輸入波形幅值”為“1V”，選擇“輸入波形占空比”為50%，選擇“輸入波形周期”為“1000ms”，選擇“輸入持續(xù)時間”為“1000ms”,選擇波形不“連續(xù)”。以上除必須選擇“周期階躍信號”外，其余的選擇都不是唯一的。要特別注意，除單個比例環(huán)節(jié)外，對其它環(huán)節(jié)和系統(tǒng)都必須考慮環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的時間常數(shù)，如仍選擇“輸入波形占空比”為50%，那么“輸入波形周期”至少是環(huán)節(jié)或系統(tǒng)中最大時間常數(shù)的6～8倍。⑥在“仿真設(shè)置”框內(nèi)的“傳遞函數(shù)”欄目中填入各個環(huán)節(jié)的實際（非理想）傳遞函數(shù)參數(shù)。完成典型環(huán)節(jié)階躍特性的軟件仿真研究，并與電路模擬研究的結(jié)果作比較。⑦在“仿真設(shè)置”框內(nèi)的“其它設(shè)置”欄目中選擇“時域仿真”。⑧以上設(shè)置完成后，按“實驗啟動”啟動實驗，動態(tài)波形得到顯示，直至“持續(xù)時間”結(jié)束，實驗也自動結(jié)束，如設(shè)置合理就可以在主界面中間得到環(huán)節(jié)的“階躍響應(yīng)”。⑨利用“紅線數(shù)值顯示”功能（詳見軟件使用說明書）觀測實驗結(jié)果；在“仿真設(shè)置”框內(nèi)的“傳遞函數(shù)”欄目中改變原填入的環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)參數(shù)，重復(fù)⑧的操作；如發(fā)現(xiàn)“系統(tǒng)仿真輸入信號設(shè)定”中的實驗參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，看不到“階躍響應(yīng)”全過程，可重復(fù)⑤、⑧的操作。⑩按實驗報告需要，將圖形結(jié)果保存為位圖文件，操作方法參閱軟件使用說明書。4．分析實驗結(jié)果，完成實驗報告。四．附錄1．比例(P)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖1.1.1、圖1.1.2和圖1.1.3所示，于是，實驗參數(shù)取R0＝100k，R1＝200k，R=10k。2．積分(I)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖1.2.1、圖1.2.2和圖1.2.3所示，于是，實驗參數(shù)取R0＝100k，C＝1uF，R=10k。3．比例積分(PI)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖1.3.1、圖1.3.2和圖1.3.3所示，于是，實驗參數(shù)取R0＝200k，R1＝200k，C＝1uF，R=10k。4．比例微分(PD)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：其方塊圖和模擬電路分別如圖1.4.1、圖1.4.2所示。其模擬電路是近似的（即實際PD環(huán)節(jié)），取，則有，實驗參數(shù)取R0＝10k，R1＝10k，R2＝10k，R3＝200，C＝1uF，R=10k。對應(yīng)理想的和實際的比例微分(PD)環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)分別如圖1.4.3a、圖1.4.3b所示。實際PD環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：（供軟件仿真參考）5．慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖1.5.1、圖1.5.2和圖1.5.3所示，其中，實驗參數(shù)取R0＝200k，R1＝200k，C＝1uF，R=10k。6．比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)比例積分微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：其方塊圖和模擬電路分別如圖1.6.1、圖1.6.2所示。其模擬電路是近似的（即實際PID環(huán)節(jié)），取，將近似上述理想PID環(huán)節(jié)有，實驗參數(shù)取R0＝200k，R1＝100k，R2＝10k，R3＝1k，C1＝1uF，C2＝10uF，R=10k。對應(yīng)理想的和實際的比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)分別如圖1.6.3a、圖1.6.3b所示。實際PID環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：（供軟件仿真參考）

實驗二典型系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)定性分析一．實驗?zāi)康?．學(xué)習(xí)和掌握動態(tài)性能指標(biāo)的測試方法。2．研究典型系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。二．實驗內(nèi)容1．觀測二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，測出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，并研究其參數(shù)變化對動態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。2．觀測三階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，測出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，并研究其參數(shù)變化對動態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。三．實驗步驟1．熟悉實驗箱，利用實驗箱上的模擬電路單元，參考本實驗附錄中的圖2.1.1和圖2.1.2，設(shè)計并連接由一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)組成的二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路（如用U9、U15、U11和U8連成）。注意實驗接線前必須對運放仔細(xì)調(diào)零。接線時要注意對運放鎖零的要求。2．利用實驗設(shè)備觀測該二階系統(tǒng)模擬電路的階躍特性，并測出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。3．改變該二階系統(tǒng)模擬電路的參數(shù)，觀測參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。4．利用實驗箱上的模擬電路單元，參考本實驗附錄中的圖2.2.1和圖2.2.2，設(shè)計并連接由一個積分環(huán)節(jié)和兩個慣性環(huán)節(jié)組成的三階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路（如用U9、U15、U11、U10和U8連成）。5．利用實驗設(shè)備觀測該三階系統(tǒng)模擬電路的階躍特性，并測出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。6．改變該三階系統(tǒng)模擬電路的參數(shù)，觀測參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性與動態(tài)指標(biāo)的影響。7．利用上位機界面提供的軟件仿真功能，完成上述兩個典型系統(tǒng)的動態(tài)性能研究，并與模擬電路的研究結(jié)果相比較。8．分析實驗結(jié)果，完成實驗報告。注意：以上實驗步驟中的2、3與5、6的具體操作方法，請參閱“實驗一”的實驗步驟2；實驗步驟7的具體操作方法，請參閱“實驗一”的實驗步驟3，這里不再贅述。四．附錄1．典型二階系統(tǒng)典型二階系統(tǒng)的方塊結(jié)構(gòu)圖如圖2.1.1所示：其開環(huán)傳遞函數(shù)為，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為，其中，取二階系統(tǒng)的模擬電路如圖2.1.2所示：該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖2.1.3所示：Rx接U4單元的220K電位器，改變元件參數(shù)Rx大小，研究不同參數(shù)特征下的時域響應(yīng)。2.1.3a，2.1.3b，2.1.3c分別對應(yīng)二階系統(tǒng)在過阻尼，臨界阻尼，欠阻尼三種情況下的階躍響應(yīng)曲線：2．典型三階系統(tǒng)典型三階系統(tǒng)的方塊結(jié)構(gòu)圖如圖2.2.1所示：其開環(huán)傳遞函數(shù)為，其中，取三階系統(tǒng)的模擬電路如圖2.2.2所示：該系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，,Rx的單位為K。系統(tǒng)特征方程為，根據(jù)勞斯判據(jù)得到：系統(tǒng)穩(wěn)定 0<K<12 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定 K=12系統(tǒng)不穩(wěn)定 K>12根據(jù)K求取Rx。這里的Rx可利用模擬電路單元的220K電位器，改變Rx即可改變K2，從而改變K，得到三種不同情況下的實驗結(jié)果。該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖2.2.3a、2.2.3b和2.2.3c所示，它們分別對應(yīng)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和穩(wěn)定的三種情況。實驗三綜合性實驗：球桿控制系統(tǒng)實驗一、實驗?zāi)康募耙?、學(xué)習(xí)利用實驗探索研究控制系統(tǒng)的方法；

2、體會控制系統(tǒng)理論