自動(dòng)控制試驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程：自動(dòng)控制理論學(xué)生姓名： 潘是盛學(xué) 號(hào)：5503110026專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化 101 班指導(dǎo)老師： 王時(shí)勝2012年 12 月 211實(shí)驗(yàn)課程：自動(dòng)控制理論學(xué)生姓名：劉駿學(xué) 號(hào)：6100310017專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化 101 班指導(dǎo)老師：王時(shí)勝2012年 12 月 21 日典型環(huán)節(jié)的模擬研究一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：典型環(huán)節(jié)的模擬研究實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)要求了解和掌握各典型環(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2 觀察和分析各典型環(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)特性的影響三、儀器設(shè)備及耗材1計(jì)算機(jī)一臺(tái)（ Windows XP 操作系統(tǒng)）2AEDK -LAB

2、ACT 自動(dòng)控制理論教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套3 LabACT6_08 軟件一套四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1）觀察比例環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線圖 3-1-1 典型比例環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST不能用“短路套”短接！（1）用信號(hào)發(fā)生器（ B1）的階躍信號(hào)輸出 和幅度控制電位 器構(gòu)造輸入信號(hào)（ Ui ）：B1單元中電位器的左邊 K3 開關(guān)撥下（ GND ），右邊 K4 開關(guān)撥下 （0/+5V 階躍）。階躍信號(hào)輸出（ B1的Y 測(cè)孔）調(diào)整為 4V（調(diào)節(jié)方法：按下信號(hào)發(fā)生器（ B1）階躍信號(hào) 按鈕， L9 燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測(cè)量 Y 測(cè)孔）。（2）構(gòu)造模擬電路（3）運(yùn)行、觀察、記錄：（注：CH1選1檔。時(shí)間

3、量程選 1檔） 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，按下信號(hào)發(fā)生器（ B1 ）階躍 信號(hào)按鈕（ 0+4V 階躍），用示波器觀測(cè) A6 輸出端（ Uo）的實(shí) 際響應(yīng)曲線 U0（t）。 改變比例系數(shù)（改變運(yùn)算模擬單元 A1 的反饋電阻 R1），重新觀測(cè) 結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2）觀察慣性環(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。實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST不能用“短路套”短接?。?）用信號(hào)發(fā)生器（ B1）的階躍信號(hào)輸出 和幅度控制電位 器構(gòu)造輸入信號(hào)（ UI ）：B1單元中電位器的左邊 K3 開關(guān)撥下（ GND ），右邊 K4 開關(guān)撥下 （0/+5V階躍）。階躍信號(hào)輸出（B1的 Y 測(cè)孔

4、）調(diào)整為 4V（調(diào)節(jié)方法： 按下信號(hào)發(fā)生器（ B1）階躍信號(hào)按鈕， L9 燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬 用表測(cè)量Y 測(cè)孔）。構(gòu)造模擬電路（3）運(yùn)行、觀察、記錄：（注：CH1選1檔。時(shí)間量程選 1 檔） 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用示波器觀測(cè) A6 輸出端（UO）， 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 形出來后，移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到 4V（輸入） 0.632 處，得到與慣性的曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從 階躍開始到曲線的交點(diǎn)，量得慣性環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù) T。A6 輸出端（UO）的實(shí)際響應(yīng)曲線 UO （t）。 改變時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)（分別改變運(yùn)

5、算模擬單元 A1 的反饋電阻 R1 和反饋電容 C），重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3）觀察積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線圖 3-1-5 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路 實(shí)驗(yàn)步驟：注： S ST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，通過波形選擇按鍵選中矩形 波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(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“

6、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（3）運(yùn)行、觀察、記錄： （注： CH1 選 1檔。時(shí)間量程選1檔） 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用示波器觀測(cè) A6 輸出端 （Uo），調(diào)節(jié)調(diào)寬電位器使寬度從 0.3秒開始調(diào)到積分輸出在虛擬示波 器頂端（即積分輸出電壓接近 +5V ）為止。 等待完整波形出來后，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，得到與積分的曲線的交點(diǎn)， 再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)， 從階躍開始到曲線的交點(diǎn)， 量得積分 環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù) Ti。A6 輸出端（ Uo）的實(shí)際響應(yīng)曲線 Uo（

7、 t）。 改變時(shí)間常數(shù)（分別改變運(yùn)算模擬單元 A1 的輸入電阻 Ro 和反饋 電容 C），重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 （可將運(yùn)算模擬單元 A1 的 輸入電阻的短路套（ S4）去掉，將可變?cè)欤?A11）中的可變電阻 跨接到A1 單元的 H1 和IN 測(cè)孔上，調(diào)整可變電阻繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。 ）4）觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線圖3-1-8 典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟：注： S ST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。

8、在顯示與功能選擇（ D1 ）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形 波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(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 = 1V（D1 單元右顯示）。構(gòu)造模擬電路（ 3）運(yùn)行、觀察、記錄： （注： CH1選 1檔。時(shí) 間量程調(diào)選 1檔） 打開虛擬示波器的單跡界面， 點(diǎn)擊開始， 用示波器觀測(cè) A6 輸出端 （Uo）。 待完整波形出來后，移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到 1V （與輸入相等） 處，再移動(dòng)另一根橫游標(biāo)到 V=Kp 輸入電壓處，得到與積分曲線 的兩個(gè)交點(diǎn)。 再分別移動(dòng)示波器

9、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)間常數(shù) Ti。 改變時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù) （分別改變運(yùn)算模擬單元 A5 的輸入電阻 Ro和反饋電容 C），重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。5）觀察比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線 典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路如圖 3-1-9 所示。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，通過波形選擇按鍵選中矩形 波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(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

10、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）。構(gòu)造模擬電路（ 3）運(yùn)行、觀察、記錄： CH1 選 1檔。時(shí)間量 程選 4檔。 打開虛擬示波器的界面， 點(diǎn)擊開始， 用示波器觀測(cè)系統(tǒng)的 A6 輸出 端（ Uo），響應(yīng)曲線見圖 3-1-10。等待完整波形出來后，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)，從階躍開始到曲線的交點(diǎn)，量得 t=0.048S。 已知 KD

11、=10 ，則圖3-1-9 的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時(shí)間常數(shù)： =KDt6）觀察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 實(shí)驗(yàn)步驟：注： S ST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，通過波形選擇按鍵選中矩形 波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān) S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器

12、1”，使之矩形波寬度 0.1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 = 0.2V（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（3）運(yùn)行、觀察、記錄： （CH1選 1檔。時(shí)間量程選 4 檔） 打開虛擬示波器的單跡界面， 點(diǎn)擊開始， 用示波器觀測(cè) A6 輸出端 （Uo）。 等待完整波形出來后，移動(dòng)虛擬示波器兩根橫游標(biāo)使之 V=Kp 輸入電壓，得到與積分的曲線的兩個(gè)交點(diǎn)。 再分別移動(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)間常數(shù) Ti。注意：該實(shí)驗(yàn)由于微分的時(shí)間太短，

13、較難捕捉到，必須把波形擴(kuò)展到 最大（/ 4 檔），但有時(shí)仍無法 顯示微分信號(hào)。定量觀察就更難了， 因此，建議用一般的示波器觀察。 改變時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)（分別改變運(yùn)算模擬單元 A2 的輸入電 阻 Ro 和反饋電阻 R1），重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果比例環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)比例積分比例微分比例積分微分環(huán)節(jié)六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得體會(huì)二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性二實(shí)驗(yàn)要求：1、了解和掌握典型二階系統(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。2、研究型二階閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù) -無阻尼振蕩頻率 n、阻尼 比對(duì)過渡過程的影響。3、掌握

14、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。4、觀察和分析型二階閉環(huán)系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼的瞬 態(tài)響應(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、 ts 值，并與理論計(jì)算值作比對(duì)。三、主要儀器設(shè)備及耗材：1計(jì)算機(jī)一臺(tái)2AEDK-labACT 自動(dòng)控制理論教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套3LabACT6_08 軟件一套四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟： 有二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖 3-1-7 所示。它由積分環(huán)節(jié)（ A2）和慣 性環(huán)節(jié)（ A3 ）構(gòu)成。圖 3-1-8 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(shí)間常數(shù) Ti=R1*C1=1S慣

15、性環(huán)節(jié)（ A3 單元）的慣性時(shí)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(shè)定為 4k、40k、 100k 。電路的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G(S)KTiS (TS 1)KS(0.1S 1)其中 K RR2100kR電路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：2n2(s) S2 2 n S n210K2S2 10S 10K該電路的自然頻率、阻尼比和增益 K 的關(guān)系式為：n K TiT 10K 12 Ti KT 21 1K0當(dāng) R=100k， K=1 =1.58 1 為過阻尼響應(yīng)，當(dāng) R=40k， K=2.5 =1 為臨界阻尼響應(yīng)，當(dāng) R=4k， K=25 =0.316

16、0 :nOjsEAE:Dab-Eri?4O!_i牛Q g0AVDai36SKSE -1 ObEOrH：SB- T S Gb OIIE 豈聲-ftUH-詩屯+:馨弦二【1也s-w一- 杭韻具土3 HlIttJ迪Jkr単H匕I-丄 Hg.whx =.怎宏申5-p洛迪e卑曲 盤.滬y、L寸芷C2=3UC3=2U六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與心得體會(huì) 一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 ：一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線實(shí)驗(yàn)要求了解和掌握對(duì)數(shù)幅頻曲線和相頻曲線、幅相曲線的構(gòu)造及繪制方法。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線。它以控制 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

17、工具， 來研究和分析控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。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，自動(dòng)產(chǎn)生的 超低頻正弦信號(hào)的頻率從低到高變化( 0.5Hz64Hz)，OUT2 輸出施 加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端 r(t) ，然后分別測(cè)量被測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的對(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。圖 3-2-1 慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測(cè)試電路實(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（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行 LABACT 程序，選擇自動(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，選擇一階系統(tǒng)，就會(huì)彈出虛擬示波器的頻 率

18、特性界面，點(diǎn)擊開始 測(cè)試結(jié)束后，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、 相頻特性曲線（伯德圖） 和幅相曲線（奈奎斯特圖） ，同時(shí)在界面上方將顯示該系統(tǒng)用戶點(diǎn)取 的頻率點(diǎn)的 L、Im、Re 等相關(guān)數(shù)據(jù)。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果（ 1）當(dāng) R=50K ， C2=1u幅頻特性相頻特性幅相特性（ 2）當(dāng) R1=100K ， C2=1u幅頻特性相頻特性幅相特性3）C=2 UF（ R1=50K）幅頻特性相頻特性幅相特性二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線 二、實(shí)驗(yàn)要求1 了解和掌握二階閉環(huán)系統(tǒng)中的對(duì)數(shù)幅頻特性 L( ) 和相頻特

19、 性 ( ) ，實(shí)頻特性 Re( ) 和虛頻特性 Im( ) 的計(jì)算2 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 對(duì)諧振頻率 r和諧振峰值 L(r)的影響及 r和L(r) 的計(jì) 算。3 觀察和分析欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)的諧振頻率 r、諧振峰值 L(r)，并與理論計(jì)算值作比對(duì)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線。本實(shí)驗(yàn)以第 3.1.2 節(jié)二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性中二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電 路為例，令積分時(shí)間常數(shù)為 Ti，慣性時(shí)間常數(shù)為 T，開環(huán)增益為 K ， 可得： 自然頻率： n K TiT 阻尼比：12 Ti KT(3-2-1)諧振頻率： r n 1 2 2

20、 諧振峰值： L( r ) 20lg 1r 2 1 2(3-2-2)頻率特性測(cè)試電路如圖 3-2-2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。積分環(huán)節(jié)（ A2 單元）的積分時(shí)間常數(shù) Ti=R1*C1=1S ， 慣性環(huán)節(jié)（ A3 單元）的慣性時(shí)間常數(shù) T=R3*C2=0.1S ，開環(huán)增益 K=R3/R 。設(shè)開環(huán)增益 K=25（R=4K），各環(huán)節(jié)參數(shù)代入式（ 3-2-1）， 得： n = 15.81 = 0.316；再代入式（ 3-2-2），得：諧振頻率： r = 14.14 諧振峰值：L（ r ） 4.44注 1：根據(jù)本實(shí)驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)況，要求構(gòu)成被測(cè)二階閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼比

21、 必須滿足 0.102，否則模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（B7 元）將產(chǎn)生削頂。注 2：實(shí)驗(yàn)機(jī)在測(cè)試頻率特性時(shí)，實(shí)驗(yàn)開始后，實(shí)驗(yàn)機(jī)將按序自動(dòng) 產(chǎn)生 0.5Hz16Hz等多種頻率信號(hào)， 當(dāng)被測(cè)系統(tǒng)的輸出 C（t） 60mV時(shí) 將停止測(cè)試。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 3-2-4 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，（3）運(yùn)行、觀察、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)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，實(shí)驗(yàn)開始后，實(shí)

22、驗(yàn)機(jī)將自動(dòng)產(chǎn)生 0.5Hz16Hz 等多種頻率信 號(hào)，等待將近十分鐘，測(cè)試結(jié)束后，觀察閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻曲線和 幅相曲線。 測(cè)試結(jié)束后，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)的閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯 德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖） 。圖 3-2-4 的被測(cè)二階系統(tǒng)的閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻所示。 顯示該系統(tǒng)用戶點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的 、L 、Im、Re 諧振頻率和諧振峰值的測(cè)試： 在閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線中用鼠標(biāo)在曲線峰值處點(diǎn)擊一下，待檢測(cè)完 成后就可以根據(jù)十字標(biāo)記測(cè)得該系統(tǒng)的諧振頻率 r ，諧振峰值 L（r）四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理方法幅頻特性相頻特性幅相特性二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性

23、曲線一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線實(shí)驗(yàn)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c 對(duì)系統(tǒng) 的影響。2了解和掌握二階開環(huán)系統(tǒng)中的對(duì)數(shù)幅頻特性L( ) 和相頻特性()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c 的計(jì)算。4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 c計(jì)算欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中的幅值穿越頻率 c、相位裕度 ：幅值穿越頻率： c n 1 4 4 2 2 （3-2-3）相位裕度： 180 （ c） arctan 2（3-2-4）c 2 2 1 4 4值越小， Mp% 越大，振蕩越厲害；因此為使一般希望： 3070本實(shí)驗(yàn)c =14

24、.186=34.93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（3）運(yùn)行、觀察、記錄：四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果相頻特性幅相特性六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得體會(huì)：頻域法串聯(lián)超前校正一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：頻域法串聯(lián)超前校正頻域法校正主要是通過對(duì)被控對(duì)象的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性（波德圖）觀察和分析實(shí)現(xiàn)的。二、實(shí)驗(yàn)要求1了解和掌握二階系統(tǒng)中的閉環(huán)和開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性（波德圖）的構(gòu)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(luò)的參數(shù)的計(jì)算。3熟練掌握使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)的二階系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性的測(cè)試方法。4觀察和分析系統(tǒng)未校正和串聯(lián)超前校正后的

25、開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性L（ ）和相頻特性 （ ） ，幅值穿越頻率處 c，相位裕度 ，并與 理論計(jì)算值作比對(duì)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟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 ，觀察OUT 從 0V 階躍 +2.5V 時(shí)被測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域特性。圖 3-3-2 未校正系統(tǒng)模擬路圖圖 3-3-2 未校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： G（S）0.2S（1 0.3S） 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)間 tp= 0.32S 調(diào)節(jié)時(shí)間 ts= 1.8S（=5 時(shí)

26、 ）2未校正系統(tǒng)的頻域特性的測(cè)試圖 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（ 3）運(yùn)行、觀察、記錄：在未校正系統(tǒng)模擬電路的相頻特性曲線 上可測(cè)得未校正系統(tǒng)頻域特性：穿越頻率 c= 9.4 rad/s，相位裕度 = 18.93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 =18.9。 如果 設(shè) 計(jì) 要 求 校 正 后系 統(tǒng) 的 相 位 裕度 =50 m 50 19 9 42 ， Sin m 0.67 。a 1 sin m 1 0.67

27、 5LC（ m ） 10lga 10lg5 7dB1 sin m 1-0.67 C m 在系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線可測(cè)得 L( ) 7dB 時(shí)的角頻率 =14.4rad/s 據(jù)式 3-3-2 可計(jì)算出計(jì)算串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：1ma0.031，14.4 2.244、串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的頻域特性的測(cè)試圖 3-3-7 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)頻域特性測(cè)試的模擬電路圖實(shí)驗(yàn)步驟： 運(yùn)行、觀察、記錄：穿越頻率 c= 14.45 rad/s， 相位裕度= 54.55、串聯(lián)超前校正系統(tǒng)的時(shí)域特性的測(cè)試峰值在串聯(lián)超前校正后的時(shí)域特性特性曲線上可測(cè)得時(shí)域特性： 超調(diào)量 Mp= 18.8%調(diào)節(jié)時(shí)間 ts= 0.38S(=5

28、 時(shí))時(shí)間 tp=0.18S四、數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果未校正的時(shí)域響應(yīng)校正后的時(shí)域響應(yīng)未校正的頻域特性幅頻特性：相頻特性超前校正頻域響應(yīng)幅頻特性相頻特性頻域法串聯(lián)遲后校正一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：頻域法串聯(lián)遲后校正頻域法校正主要是通過對(duì)被控對(duì)象的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特 性（波德圖）觀察和分析實(shí)現(xiàn)的。二、實(shí)驗(yàn)要求1了解和掌握二階系統(tǒng)中的閉環(huán)和開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性（波德圖）的構(gòu)造及繪制方法。2了解和掌握遲后校正的原理，及遲后校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)的計(jì)算。3熟練掌握使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)的二階系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性的測(cè)試方法。4觀察和分析系統(tǒng)未校正和串聯(lián)遲后校正后的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性L（ ）和相頻特性 （ ） ，幅

29、值幅值穿越頻率處 c，相位裕度 ，并 與理論計(jì)算值作比對(duì)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析引入頻域法串聯(lián)遲后校正網(wǎng)絡(luò)后的二階 系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。串聯(lián)遲后校正的原理是利用遲后校正網(wǎng)絡(luò)其高頻幅值衰減的特 性，以降低已校正系統(tǒng)的系統(tǒng)開環(huán)截止頻率， 從而獲得足夠的相角裕 度。1未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性的測(cè)試未校正系統(tǒng)模擬電路圖見圖 3-3-13。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 ，觀察OUT 從 0V 階躍 +2.5V 時(shí)被測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域特性。圖 3-3-13 未校正系統(tǒng)模擬電路圖實(shí)驗(yàn)步驟：（ 1）將函數(shù)發(fā)生器（ B5）單元的矩形波輸出作

30、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，通過波形選擇按鍵選中矩 形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(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（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 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 ， 運(yùn)行 LABACT 程序，在界面自動(dòng)控制菜單下的“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)擊開始，用虛擬示波器 CH1 觀察系統(tǒng)輸出信 號(hào)