控制工程理論實驗指導(dǎo)書

1、.控制工程理論實驗指導(dǎo)書課程編號：02000310課程名稱：控制工程理論“控制工程理論”是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，其實驗的目的是理論聯(lián)系實際，加深對控制工程理論基本原理、基本規(guī)律的理解，掌握系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，通過學(xué)生自己動手進行實驗，獲得基本實驗技能的訓(xùn)練, 培養(yǎng)學(xué)生分析、操作和解決實際問題的能力，為后續(xù)課程和專業(yè)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計以及今后從事生產(chǎn)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。實驗一至實驗四的實驗內(nèi)容主要在AEDK LabACT自控/計控原理教學(xué)實驗系統(tǒng)裝置上進行，它利用教學(xué)實驗系統(tǒng)的接口電路把模擬信號經(jīng)轉(zhuǎn)換傳送到計算機，再由計算機對數(shù)據(jù)進行分析、處理。 實驗一&#

2、160; 典型環(huán)節(jié)的模擬研究一、 實驗?zāi)康模赫莆崭鞯湫铜h(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及模擬電路圖，通過對典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)曲線的觀測和分析，加深對典型環(huán)節(jié)的理解，掌握基本知識。二、實驗的主要內(nèi)容：1、 根據(jù)表1-1所示的各典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖，觀測其階躍響應(yīng)曲線。 表1-1 各典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖典型環(huán)節(jié)名稱模擬電路圖比例（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、實驗設(shè)備及工具：AEDK LabACT自控/計控原理教學(xué)實驗系統(tǒng)、PC機、萬用表，連接線及工具若干；四、實驗原理 分析各典型環(huán)節(jié)的方塊圖和模擬電路圖的對應(yīng)關(guān)系，寫出傳遞函數(shù)，填入表12中。表12典

3、型環(huán)節(jié)名稱方塊圖傳遞函數(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） 五、實驗方法和步驟運行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的時域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗項目，再選擇開始實驗，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始即可使用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(yīng)曲線典型比例環(huán)節(jié)模擬電路參考表1-1。該環(huán)節(jié)在A1單元中分別選取反饋電阻R1=100K、200K來改變比例參數(shù)。實驗步驟： （1）將信號發(fā)生器（B1）中的階躍輸出0/

4、+5V作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路：（a）安置短路套 模塊號跨接座號1A1當反饋電阻R1=100K時當反饋電阻R1=200K時S4，S7S4，S82A6S2，S6（b）測孔聯(lián)線1信號輸入（Ui）B1（0/+5V） A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT）A6（H1）（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X1檔。時間量程選x4檔。 （4）運行、觀察、記錄：按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕時（0+5V階躍），用示波器觀測A6輸出端（Uo）的實際響應(yīng)曲線Uo（t），且將結(jié)果記下。改變比例參數(shù)（改變運算模擬單

5、元A1的反饋電阻R1），重新觀測結(jié)果。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)模擬電路參考表1-1。該環(huán)節(jié)在A1單元中分別選取反饋電容C =1uf、2uf來改變時間常數(shù)。實驗步驟： （1）將信號發(fā)生器（B1）中的階躍輸出0/+5V作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路：（a）安置短路套 模塊號跨接座號1A1當反饋電容C=1uf時當反饋電容C=2uf時S4，S8，S10S4,S8,S10,S112A6S2，S6 （b）測孔聯(lián)線1信號輸入（Ui）B1（0/+5V） A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT）A6（H1）（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：示波器輸入端CH1接到A6單

6、元信號輸出端OUT（Uo）。注：CH1選X1檔。時間量程選x4檔。（4）運行、觀察、記錄：按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕時（0+5V階躍），用示波器觀測A6輸出端（Uo）的實際響應(yīng)曲線Uo（t），且將結(jié)果記下。改變時間常數(shù)（改變運算模擬單元A1的反饋反饋電容C），重新觀測結(jié)果。3)觀察積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線 典型積分環(huán)節(jié)模擬電路參考表1-1。該環(huán)節(jié)在A1單元中分別選取反饋電容C=1uf、2uf來改變時間常數(shù)。實驗步驟：（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）中的階躍輸出0/+5V作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）：a將函數(shù)發(fā)生器（B5）中

7、的插針S ST用短路套短接。b將S1撥動開關(guān)置于最上檔（階躍信號）。c信號周期由撥動開關(guān)S2和“調(diào)寬”旋鈕調(diào)節(jié)，信號幅度由“調(diào)幅”旋鈕調(diào)節(jié)， 以信號幅值小，信號周期較長比較適宜（周期在0.5S左右，幅度在2.5V左右）。（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路： （a）安置短路套 模塊號跨接座號1A1當反饋電容C=1uf時當反饋電容C=2uf時S4，S10S4，S10，S112A6S2，S6（b）測孔聯(lián)線1信號輸入（Ui）B5（OUT） A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT）A6（H1）（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）。（4）運行、觀察、記錄：用

8、示波器觀測A6輸出端（Uo）的實際響應(yīng)曲線Uo（t），且將結(jié)果記下。改變時間常數(shù)（改變運算模擬單元A1的反饋反饋電容C），重新觀測結(jié)果。4)觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路參考表1-1.。該環(huán)節(jié)在A5單元中分別選取反饋電容C=1uf、2uf來改變時間常數(shù)。實驗步驟：（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）中的階躍輸出0/+5V作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）：a將函數(shù)發(fā)生器（B5）中的插針S ST用短路套短接。b將S1撥動開關(guān)置于最上檔（階躍信號）。c信號周期由撥動開關(guān)S2和“調(diào)寬”旋鈕調(diào)節(jié)，信號幅度由“調(diào)幅”旋鈕調(diào)節(jié)

9、， 以信號幅值小，信號周期較長比較適宜（正輸出寬度在0.5S左右，幅度在1V左右）。（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路：（a）安置短路套 模塊號跨接座號1A5當反饋電容C=1uf時當反饋電容C=2uf時S4，S8S4，S92A6S2，S6（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）（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）。（4）運行、觀察、記錄：用示波器觀測A6輸出端（Uo）的實際響應(yīng)曲線U0（t），且將結(jié)果記下。改變時間常數(shù)（改變運算模擬單元A5的反饋反饋電容C），重新觀測結(jié)果。5)觀察比例微

10、分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路參考表1-1。該環(huán)節(jié)在A2單元中分別選取反饋電阻R1=10K、20K來改變比例參數(shù)。實驗步驟：（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）中的階躍輸出0/+5V作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）：a將函數(shù)發(fā)生器（B5）中的插針S ST用短路套短接。b將S1撥動開關(guān)置于最上檔（階躍信號）。c信號周期由撥動開關(guān)S2和“調(diào)寬”旋鈕調(diào)節(jié)，信號幅度由“調(diào)幅”旋鈕調(diào)節(jié)， 以信號幅值小，信號周期較長比較適宜（正輸出寬度在70ms左右，幅度在400mv左右）。（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路： （a）安置短路套 模

11、塊號跨接座號1A2當反饋電阻R1=10K時當反饋電阻R1=20K時S1，S7，S9S1，S8，S92A6S2，S6（b）測孔聯(lián)線1信號輸入（Ui）B5（OUT） A2（H1）2運放級聯(lián)A2（OUT）A6（H1）（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）。（4）運行、觀察、記錄：用示波器觀測A6輸出端（Uo）的實際響應(yīng)曲線Uo（t）,且將結(jié)果記下。改變比例參數(shù)（改變運算模擬單元A1的反饋電阻R1），重新觀測結(jié)果.。6)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)模擬電路參考表1-1。該環(huán)節(jié)在A2單元中分別選取反饋電阻R1=10K、

12、20K來改變比例參數(shù)。實驗步驟：（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）中的階躍輸出0/+5V作為PID環(huán)節(jié)的信號輸入（Ui）：a將函數(shù)發(fā)生器（B5）中的插針S ST用短路套短接。b將S1撥動開關(guān)置于最上檔（階躍信號）。c信號周期由撥動開關(guān)S2和“調(diào)寬”旋鈕調(diào)節(jié)，信號幅度由“調(diào)幅”旋鈕調(diào)節(jié)， 以信號幅值小，信號周期較長比較適宜（正輸出寬度在70ms左右，幅度在400mv左右）。（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路：（a）安置短路套 模塊號跨接座號1A2當反饋電阻R1=10K時當反饋電阻R1=20K時S1，S7S1，S82A6S2，S6

13、（b）測孔聯(lián)線1信號輸入（Ui）B5（OUT） A2（H1）2運放級聯(lián)A2（OUT）A6（H1）（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）。（4）運行、觀察、記錄：用示波器觀測A6輸出端（Uo）的實際響應(yīng)曲線Uo（t）,且將結(jié)果記下。改變比例參數(shù)（改變運算模擬單元A2的反饋電阻R1），重新觀測結(jié)果。六、實驗報告主要內(nèi)容及要求 分析各典型環(huán)節(jié)的方塊圖和模擬電路圖的對應(yīng)關(guān)系(1) 根據(jù)各典型環(huán)節(jié)的方塊圖寫出傳遞函數(shù),作出各典型環(huán)節(jié)的理論階躍響應(yīng)曲線。(2) 抓取從各典型環(huán)節(jié)模擬電路圖中觀測到的實際階躍響應(yīng)曲線。(3) 將上述要求以表格形式表達。實驗二 二

14、階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析一、 實驗?zāi)康模?. 掌握典型二階系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成方法，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(jié)構(gòu)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。二、實驗的主要內(nèi)容：根據(jù)圖2-1所示的典型二階系統(tǒng)的原理方框圖，構(gòu)建如圖22所示的模擬電路，在此基礎(chǔ)上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(yīng)曲線，欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)-自然頻率（無阻尼振蕩頻率）n, 阻尼比對瞬態(tài)響應(yīng)的影響。 圖2-1 典型二階系統(tǒng)原理方塊圖圖2-2 典型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電

15、路三、實驗設(shè)備及工具：AEDK LabACT自控/計控原理教學(xué)實驗系統(tǒng)、PC機、萬用表，連接線及工具若干；四實驗原理圖2-1所示型二階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)標準式：自然頻率（無阻尼振蕩頻率）： 阻尼比： 二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖2-2所示。它由積分環(huán)節(jié)（A2）和慣性環(huán)節(jié)（A3）構(gòu)成。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(shè)定為 10k、40k、100k 。 當R=100k， K=1 =1.5

16、8 >1 為過阻尼響應(yīng)， 當R=40k， K=2.5 =1 為臨界阻尼響應(yīng)， 當R=10k， K=10 =0.5 0<<1 為欠阻尼響應(yīng)。 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的計算：（ K=10 =0.5）超調(diào)量 ： 峰值時間： 調(diào)節(jié)時間 ：五、實驗方法和步驟運行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的時域分析下的二階典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性實驗項目，再選擇開始實驗，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始即可使用實驗機配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測孔測量波形。典型二階系統(tǒng)模擬電路(圖2-2)通過在A3單元中改變輸入電阻R來調(diào)整衰減時間

17、。（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(gòu)造輸入信號（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）。階躍信號輸出（B1-2的Y測孔）調(diào)整為2V（調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔）。（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路：（a）安置短路套 模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S2，S10，S113A3當輸入電阻R=10K當輸入電阻R=39K當輸入電阻R=100KS1，S8，S10S2，S8，S10.S4，S8，S104A6S2，S6（b）測孔聯(lián)線1信號輸入r(t)B1（Y） A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUTA2（H1）3運

18、放級聯(lián)A2（OUTA3（H1）4負反饋A3（OUTA1（H2）5運放級聯(lián)A3（OUTA6（H1）（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（C(t)）。（4）運行、觀察、記錄： 按下B1按鈕，用示波器觀察在三種情況下A3輸出端C(t)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量MP，峰值時間tp和調(diào)節(jié)時間ts。并將測量值和計算值（實驗前必須按公式計算出）進行比較。參數(shù)取值及響應(yīng)曲線，詳見表2-1。表2-1 二階系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼下的參數(shù)取值參數(shù)項目RK(1/S)Wn(1/S)MP(%)tp(S)ts(S)測量值 計算值測量值 計算值測量值 計算值0<<

19、;1欠阻尼階躍響應(yīng)為衰減振蕩1010101.2117.2 16.30.35 0.360.75 0.8=1臨界阻尼階躍響應(yīng)為單調(diào)指數(shù)曲線402.55111.1>1過阻尼響應(yīng)為單調(diào)指數(shù)曲線10011 3.68六、實驗報告主要內(nèi)容及要求 分析典型二階系統(tǒng)的方塊圖和模擬電路圖的對應(yīng)關(guān)系(1)根據(jù)典型二階系統(tǒng)的方塊圖的寫出傳遞函數(shù),作出典型二階系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼下狀態(tài)下的理論階躍響應(yīng)曲線。(2)抓取典型二階系統(tǒng)模擬電路圖在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼下狀態(tài)下的觀測到的實際階躍響應(yīng)曲線。(3)將上述要求以表格形式表達。七、實驗注意事項在作欠阻尼階躍響應(yīng)實驗時，由于虛擬示波器（B3）的頻率限制

20、,無法很明顯的觀察到正確的衰減振蕩圖形，此時需適當調(diào)節(jié)參數(shù)。調(diào)節(jié)方法：減小運算模擬單元A3的輸入電阻R=10K的阻值，延長衰減時間（參考參數(shù)：R=2K）。（可將運算模擬單元A3的輸入電阻的短路套（S1/S2/S4） 去掉，將可變元件庫（A7）中的可變電阻跨接到A3單元的H1和IN測孔上，調(diào)整可變電阻繼續(xù)實驗。） 在作該實驗時，如果發(fā)現(xiàn)有積分飽和現(xiàn)象產(chǎn)生時，即構(gòu)成積分或慣性環(huán)節(jié)的模擬電路處于飽和狀態(tài)，波形不出來，請人工放電。放電操作如下：B5函數(shù)發(fā)生器的SB4“放電按鈕”按住3秒左右，進行放電。 如欲用相平面分析該模塊電路時，需把示波器的輸入端CH2接到A1單元信號輸出端，并選用示波器界面中的X

21、-Y選項。 實驗三 線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析一、 實驗?zāi)康模?了解和掌握控制系統(tǒng)的頻率特性，學(xué)會測量系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線。2 研究二階閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)-自然頻率或無阻尼振蕩頻率n, 阻尼比對對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線的影響。3 研究表征系統(tǒng)穩(wěn)定程度的相位裕度和幅值裕度h（dB）對系統(tǒng)的影響。4 觀察和分析欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)諧振頻率和諧振峰值。二、實驗的主要內(nèi)容：根據(jù)圖3-1所示的被測系統(tǒng)的方框圖，構(gòu)建如圖3-2、圖3-3所示的模擬電路，在此基礎(chǔ)上觀察和分析一階、二階被測系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線。 圖3-1 被測系統(tǒng)方塊圖圖3-2 一階被測系統(tǒng)的模擬電路圖 圖3-3 二階被測閉環(huán)系統(tǒng)

22、模擬電路圖三、實驗設(shè)備及工具：AEDK LabACT自控/計控原理教學(xué)實驗系統(tǒng)、PC機、萬用表，連接線及工具若干；四、實驗原理對于如圖3-1所示的被測系統(tǒng)，系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的頻率特性G(j)是一個復(fù)變量，可以表示成以角頻率為參數(shù)的幅值和相角：G（j）=| G（j）|G(j) 被測系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)： 如被測系統(tǒng)的反饋傳遞函數(shù)=1，則可簡化為： 則上式以角頻率為參數(shù)的幅值和相角為： ，由于型系統(tǒng)含有一個積分環(huán)節(jié)，它在開環(huán)時響應(yīng)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(gòu)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，算法如下：圖3-1所示被測系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性為： 圖3

23、-1所示被測系統(tǒng)以角頻率為參數(shù)表示成的開環(huán)頻率特性為： 上式亦可以角頻率為參數(shù)表示為對數(shù)幅頻特性和相頻特性：， 由此即可通過實驗獲得系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線。五、實驗方法和步驟運行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析-實驗項目，再分別選擇一階系統(tǒng)、或二階系統(tǒng)、或三階系統(tǒng)、或時域分析，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始即可使用實驗機配套的虛擬示波器（B3）顯示波形。1）一階系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線和幅相曲線實驗中將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號發(fā)生器，產(chǎn)生的超低頻正弦信號的頻率從低到高變化(0.5Hz64Hz)，施加于被測系統(tǒng)的輸入端r（t），然后分別測

24、量被測系統(tǒng)的輸出信號的對數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)運算后在虛擬示波器中顯示。一階被測系統(tǒng)的模擬電路圖見圖3-2。實驗步驟：（1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2（信號頻率范圍為0.5Hz64Hz）作為被測系統(tǒng)的輸入端r（t）。（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路：（a）安置短路套 模塊號跨接座號1A1S2，S62A6S4，S7，S9（b）測孔聯(lián)線1信號輸入B2（OUT2）A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT）A6（H1）3信號聯(lián)線A6（OUT） A9（CIN）4信號聯(lián)線A9（COUT） B4（A2）5信號連線A6（OUT） B8（IN6）6中斷請求線B4（Q2） B9（IRQ6）（3）運行、觀察

25、、記錄：a用示波器觀察系統(tǒng)各環(huán)節(jié)波形，避免系統(tǒng)進入非線性狀態(tài)。b觀察、記錄被測系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線及幅相曲線.2) 二階系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線和幅相曲線實驗中將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號發(fā)生器，產(chǎn)生的超低頻正弦信號的頻率從低到高變化(0.5Hz64Hz），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)的輸出信號的對數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)運算后在虛擬示波器中顯示。二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖見圖3-3所示。它由積分環(huán)節(jié)（A5單元）和慣性環(huán)節(jié)（A3單元）構(gòu)成，二階閉環(huán)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)分別為：積分環(huán)節(jié)（A5單元）的積分時間常數(shù)Ti=R1*C1=0.1

26、S， 慣性環(huán)節(jié)（A3單元）的慣性時間常數(shù) T=R3*C2=0.2S。 K1=R3/R2=10二階系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)標準式： 系統(tǒng)中的開環(huán)傳遞函數(shù)：則其自然頻率或無阻尼振蕩頻率或交接頻率： 阻尼比： ，諧振頻率： 峰值： 如更改圖3-2-4二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)，使之 Ti=1，T=0.3，K=1則其自然頻率或無阻尼振蕩頻率或交接頻率： 阻尼比： 由于0.707，因此不存在諧振峰值，兩條漸近線交點為，其中一條漸近線斜率為-40dB/dec。 如更改圖3-2-4二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)，使之 Ti=0.043，T=0.1，K=10則其自然頻率或無阻尼振蕩頻率或交接頻率： 阻尼比：

27、諧振頻率： 峰值：實驗步驟：將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2（信號頻率范圍為0.5Hz32Hz）作為被測系統(tǒng)的輸入端。(1) 安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路： （a）安置短路套 模塊號跨接座號1A1S4，S82A5S3，S103A3S1，S8，S9，S105A6S2，S6（b）測孔聯(lián)線1信號輸入r(t)B2（OUT2） A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT）A5（H1）3運放級聯(lián)A5（OUT）A3（H1）4運放級聯(lián)A3（OUT）A6（H1）6負反饋A3（OUT）A1（H2）7信號聯(lián)線A6（OUT） A9（CIN）8信號聯(lián)線A9（COUT） B4（A2）9信號連線A6（OUT） B8（IN6）1

28、0中斷請求線B4（Q2） B9（IRQ6）(c) 運行、觀察、記錄：a用示波器觀察系統(tǒng)各環(huán)節(jié)波形，避免系統(tǒng)進入非線性狀態(tài)。b觀察二階系統(tǒng)的閉環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線.六、實驗報告主要內(nèi)容及要求 分析一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的方塊圖和模擬電路圖的對應(yīng)關(guān)系(1)根據(jù)一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的模擬電路寫出傳遞函數(shù),作出一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的理論對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線和幅相曲線。(2)抓取一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)經(jīng)模擬電路圖觀測到的實際對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線和幅相曲線。(3)將上述要求以表格形式表達。七、實驗注意事項根據(jù)本實驗機的現(xiàn)況，要求構(gòu)成被測二階閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼比必須滿足下式，否則模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（B8單元）將產(chǎn)生

29、削頂。 即 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0.5Hz、1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、32Hz、64Hz等多種頻率信號，當被測系統(tǒng)的輸出時將停止測試。實驗四 線性系統(tǒng)校正一、 實驗?zāi)康模?、 了解系統(tǒng)校正的方法（串聯(lián)超前校正），根據(jù)期望的時域性能指標設(shè)計校正裝置。2、 觀察和分析未校正系統(tǒng)和校正后系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。二、實驗的主要內(nèi)容：根據(jù)未校正系統(tǒng)的原理方塊圖4-1、加入校正網(wǎng)絡(luò)后系統(tǒng)的原理方塊圖4-2，構(gòu)建如圖4-3、圖4-4所示的相對應(yīng)的模擬電路，在此基礎(chǔ)上分析和觀察相應(yīng)的性能指標及響應(yīng)曲線。圖4-1 未校正系統(tǒng)的原理方塊圖圖4-2未校正系統(tǒng)的模擬電路圖圖

30、4-3加入校正網(wǎng)絡(luò)后系統(tǒng)的方塊圖圖4-4 校正后系統(tǒng)模擬電路三、實驗設(shè)備及工具：AEDK LabACT自控/計控原理教學(xué)實驗系統(tǒng)、PC機、萬用表，連接線及工具若干；四、實驗原理圖4-1的二階系統(tǒng)（型）開環(huán)傳遞函數(shù)： （4-1）二階系統(tǒng)（型）閉環(huán)傳遞函數(shù)標準式： （4-2）圖4-1的二階系統(tǒng)（型）閉環(huán)傳遞函數(shù)： （4-3） 從（4-3）計算可得到圖4-1二階系統(tǒng)的自然頻率和阻尼比為： 自然頻率 阻尼比： （4-4）從（4-4）計算可得到圖4-1二階系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間為：超調(diào)量 ： 調(diào)節(jié)時間 ： （4-5）要求設(shè)計校正裝置，使系統(tǒng)滿足下述性能指標： （4-6）和代入（4-5），可得到，設(shè)串聯(lián)超

31、前（微分）校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為： 加入校正網(wǎng)絡(luò)后系統(tǒng)的原理方塊圖如圖4-3所示，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)： （4-7）從（4-7）計算可得到圖4-3二階系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間為：超調(diào)量 ： 調(diào)節(jié)時間 ：計算結(jié)果滿足設(shè)計要求。五、實驗方法和步驟運行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的校正與狀態(tài)反饋下的線性系統(tǒng)校正實驗項目，再選擇開始實驗，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始即可使用實驗機配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測孔測量波形。1測量未校正系統(tǒng)的性能指標未校正系統(tǒng)的模擬電路圖見圖4-2。實驗步驟： （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(gòu)造輸入信號（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）。階躍信號輸出（B1-2的Y測孔）調(diào)整為2V（調(diào)