南昌大學(xué)自動控制理論實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、自動控制理論實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué)生姓名： 李瑞欣 學(xué) 號： 6101113078 學(xué)院名稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化132 實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的模擬研究一. 實(shí)驗(yàn)要求1 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)對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響二典型環(huán)節(jié)的方塊圖及傳遞函數(shù)典型環(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）三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟在實(shí)驗(yàn)中欲觀測實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，可用普通示波器，也可選用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器。如果選用虛擬示波器，只要

2、運(yùn)行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(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，就會彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測孔測量波形。具體用法參見用戶手冊中的示波器部分。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)模擬電路如圖3-1-1所示。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?。?）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的Y測孔）調(diào)整為4V（調(diào)節(jié)方法：

3、按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕，L9燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-1安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A1S4，S7（電阻R1=100K）2A6S2，S61信號輸入（Ui）B1（Y） A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUTA6（H1）（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，按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕（0+4V階躍），用示波器觀測A6輸出端（Uo）的實(shí)際響應(yīng)曲線Uo（t）。 改變比例系數(shù)（改變運(yùn)算模擬單元A1的反饋電阻R1），

4、重新觀測結(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。圖3-1-4 典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST不能用“短路套”短接?。?）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的Y測孔）調(diào)整為4V（調(diào)節(jié)方法：按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕，L9燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-4安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A1S4，S8

5、，S10（電容C=1uf）2A6S2，S61信號輸入（Ui）B1（Y） A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUT）A6（H1）（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A6輸出端（Uo），按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕時(shí)（0+4V階躍），等待完整波形出來后，移動虛擬示波器橫游標(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)算模擬單

6、元A1的反饋電阻R1和反饋電容C），重新觀測結(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 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 實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接?。?）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（OUT），代替信號發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸出時(shí)，將自動對模擬電路鎖零。 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“矩形波調(diào)幅”電位器

7、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安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線1信號輸入（Ui）B5（OUT）A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUT）A6（H1）模塊號跨接座號1A1S4，S10（電容C=1uf）2A6S2，S63B5S-ST（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，移動虛擬示波器橫游標(biāo)到0V處，再移

8、動另一根橫游標(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（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，將可變元件庫（A11）中的可變電阻跨接到A1單元的H1和IN測孔上，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 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 典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接?。?

9、）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（OUT），代替信號發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸出時(shí)將自動對模擬電路鎖零。 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）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-8安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線1信號輸入（Ui）B5（OUT A5（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A5（OUT）A

10、6（H1）模塊號跨接座號1A5S4，S8，S9（電容C=2uf）2A6S2，S63B5S-ST（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A6輸出端（Uo）。 待完整波形出來后，移動虛擬示波器橫游標(biāo)到1V（與輸入相等）處，再移動另一根橫游標(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)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），重新觀測結(jié)果， 5)觀察比例微分環(huán)節(jié)的階躍響

11、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。圖3-1-9 典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接!（1）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) 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“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安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A4S4，S9

12、2A6S2，S63B5S-ST1信號輸入(Ui)B5（OUT）A4（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A4（OUT）A6（H1）（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=10，則圖3-1-9的比例微分環(huán)節(jié)

13、模擬電路微分時(shí)間常數(shù)：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)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接?。?）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（OUT），代替信號發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號輸入（Ui）；該信號為零輸出時(shí)將自動對模擬電路鎖零。 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

14、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安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A2當(dāng)電阻R1=10K時(shí)S1，S72A6S2，S63B5S-ST1信號輸入（Ui）B5（OUT）A2（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A2（OUT）A6（H1）（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A6輸出端（Uo）。 等待完整波形出來后，移動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)。 再分別移動示波器兩根縱游標(biāo)到積分的曲線的兩

15、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，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。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），重新觀測結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2實(shí)驗(yàn)截圖比例環(huán)節(jié)2.5倍 實(shí)測1.88/0.78=2.44 R1=500K 慣性環(huán)節(jié) C=1U積分環(huán)節(jié)C=1U比例積分環(huán)節(jié)比例積分環(huán)節(jié)：PID實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一實(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)

16、參數(shù)-無阻尼振蕩頻率n、阻尼比對過渡過程的影響。3. 掌握欠阻尼型二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號輸入時(shí)的動態(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，及在階躍信號輸入時(shí)的動態(tài)性能指標(biāo)Mp、tp、ts值，并與理論計(jì)算值作比對。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。開環(huán)傳遞函數(shù)： 閉環(huán)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式： 自然頻率（無阻尼振蕩頻率）： ； 阻尼比： 超調(diào)量 ： ； 峰值時(shí)間： 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 型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖3-1-8的二階系統(tǒng)模擬電

17、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 。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 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(shí)的動態(tài)指標(biāo)Mp、tp、ts的計(jì)算：（ K=25、=0.316、=15.8）型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路見圖3-1-8。該環(huán)節(jié)在A3單元中改

18、變輸入電阻R來調(diào)整衰減時(shí)間。實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST不能用“短路套”短接！（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的Y測孔）調(diào)整為2V（調(diào)節(jié)方法：按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕，L9燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-8安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S2，S10，S113A3S8，S104A6S2，S61信號輸入r(t)B1（Y） A1（H1）2運(yùn)

19、放級聯(lián)A1（OUTA2（H1）3運(yùn)放級聯(lián)A2（OUTA3（H1）4負(fù)反饋A3（OUTA1（H2）5運(yùn)放級聯(lián)A3（OUTA6（H1）6跨接元件4K、40K、100K元件庫A11中直讀式可變電阻跨接到A3（H1）和（IN）之間（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)）。注：CH1選×1檔。（4）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(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，就會彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測孔測量波形。也可選用普通示波器觀測實(shí)驗(yàn)結(jié)

20、果。 分別將（A11）中的直讀式可變電阻調(diào)整到4K、40K、100K，按下B1按鈕，用示波器觀察在三種增益K下，A6輸出端C(t)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)。 改變積分時(shí)間常數(shù)Ti（慣性時(shí)間常數(shù)T=0.1，慣性環(huán)節(jié)增益K=25，R=4K，C2=1u），重新觀測結(jié)果，記錄超調(diào)量MP，峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（計(jì)算值實(shí)驗(yàn)前必須按公式計(jì)算出） 改變慣性時(shí)間常數(shù) T（積分時(shí)間常數(shù)Ti=1，慣性環(huán)節(jié)增益K=25，R=4K，C1=2u）重新觀測結(jié)果，記錄超調(diào)量MP，峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（計(jì)算值實(shí)驗(yàn)前必須按公式計(jì)算出）實(shí)驗(yàn)截圖8二階A11=4K40K、100K、實(shí)驗(yàn)三 三階系統(tǒng)的

21、瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一實(shí)驗(yàn)要求1. 了解和掌握典型三階系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成方法及型三階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)表達(dá)式。2. 熟悉勞斯（ROUTH）判據(jù)使用方法。3. 應(yīng)用勞斯（ROUTH）判據(jù)，觀察和分析型三階系統(tǒng)在階躍信號輸入時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定及不穩(wěn)定三種瞬態(tài)響應(yīng)。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析三階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖3-1-8所示。它由積分環(huán)節(jié)（A2）、慣性環(huán)節(jié)（A3和A5）構(gòu)成。圖3-1-11 型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖圖3-1-11的型三階閉環(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)：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）

22、的慣性時(shí)間常數(shù) T1=R3*C2=0.1S， K1=R3/R2=1慣性環(huán)節(jié)（A5單元）的慣性時(shí)間常數(shù) T2=R4*C3=0.5S，K2=R4/R=500k/R該系統(tǒng)在A5單元中改變輸入電阻R來調(diào)整增益K，R分別為 30K、41.7K、100K 。閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為： （3-1-6）特征方程標(biāo)準(zhǔn)式： （3-1-7）由ROUTH 判據(jù)，得型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖見圖3-1-11，分別將（A11）中的直讀式可變電阻調(diào)整到30K、41.7K、100K，跨接到A5單元（H1）和（IN）之間，改變系統(tǒng)開環(huán)增益進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST不能用“短路套”短接?。?）用信號發(fā)生器（B1）的階躍信號輸出

23、 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：按下信號發(fā)生器（B1）階躍信號按鈕，L9燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測量Y測孔）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-1-11安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S2，S10，S113A3S4，S8，S104A5S7，S105A6S2，S61信號輸入r(t)B1（Y） A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級聯(lián)A2（OUT）A3（H1）4運(yùn)放級聯(lián)A3（

24、OUT）A5（H1）5運(yùn)放級聯(lián)A5（OUT）A6（H1）6負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）7跨接元件30K、41.7K、100K元件庫A11中直讀式可變電阻跨接到A5（H1）和（IN）之間（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：示波器輸入端CH1接到A5單元信號輸出端OUT（C(t)）。注：CH1選X1檔。（4）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，選擇自動控制菜單下的線性系統(tǒng)的時(shí)域分析下的三階典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測孔測量波形。也可選用普通示波器觀測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 分別將（A11）中的直讀式可變電阻調(diào)整

25、到30K、41.7K、100K，按下B1按鈕，用示波器觀察A5單元信號輸出端C（t）的系統(tǒng)階躍響應(yīng)。 改變時(shí)間常數(shù)（分別改變運(yùn)算模擬單元A3和A5的反饋電容C2、C3），重新觀測結(jié)果，填入報(bào)告 實(shí)驗(yàn)截圖三階100K41.7K30K實(shí)驗(yàn)四 線性控制系統(tǒng)頻域分析一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線一實(shí)驗(yàn)要求了解和掌握對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線（波德圖）、幅相曲線（奈奎斯特圖）的構(gòu)造及繪制方法。二實(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。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工具，來研究和分析控制系統(tǒng)的動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)

26、性能。本實(shí)驗(yàn)將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號發(fā)生器，自動產(chǎn)生的超低頻正弦信號的頻率從低到高變化（0.5Hz64Hz），OUT2輸出施加于被測系統(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(yùn)算后在虛擬示波器中顯示。慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測試電路見圖3-2-1。圖3-2-1 慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測試電路實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-2-1安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A1S2，S62A6S4，S7，S91信號輸入B2（OUT2）A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A

27、1（OUT）A6（H1）3相位測量A6（OUT） A8（CIN1）4A8（COUT1） B4（A2）5B4（Q2） B8（IRQ6）6幅值測量A6（OUT） B7（IN6）（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇一階系統(tǒng)，就會彈出虛擬示波器的頻率特性界面，點(diǎn)擊開始，實(shí)驗(yàn)機(jī)將自動產(chǎn)生0.5Hz64Hz多個(gè)頻率信號，測試被測系統(tǒng)的頻率特性，等待將近十分鐘，測試結(jié)束。 測試結(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，將顯示被測系統(tǒng)的對數(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

28、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)。點(diǎn)擊停止后，將停止示波器運(yùn)行。 改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益：改變A6的輸入電阻R=50K、100K、200K。C=1u，R2=50K（T=0.05）。改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變A6的反饋電容C2=1u、2u、3u。R1=50K、R2=50K（K=1）注：本實(shí)驗(yàn)要求慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益不能大于1。二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一實(shí)驗(yàn)要求1 了解和掌握二階閉環(huán)系統(tǒng)中的對數(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 了解和掌握欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中的自然頻率n、阻尼比對諧振頻率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

29、頻率r、諧振峰值L(r)，并與理論計(jì)算值作比對。二實(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： 阻尼比： （3-2-1）諧振頻率： 諧振峰值： （3-2-2）頻率特性測試電路如圖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。圖3-2-4 二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測試電路 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

30、。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： 注1：根據(jù)本實(shí)驗(yàn)機(jī)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，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)將按序自動產(chǎn)生0.5Hz16Hz等多種頻率信號，當(dāng)被測系統(tǒng)的輸出時(shí)將停止測試。 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-2-4安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A1S

31、4，S82A2S2，S11，S123A3S8，S95A6S2，S61信號輸入B2（OUT2） A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級聯(lián)A3（OUT）A6（H1）4負(fù)反饋A3（OUT）A1（H2）6相位測量A6（OUT） A8（CIN1）7A8（COUT1） B4（A2）8B4（Q2） B8（IRQ6）9幅值測量A6（OUT） B7（IN4）10跨接元件（4K）元件庫A11中可變電阻跨接到A2（OUT）和A3（IN）之間（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入，運(yùn)行LABACT程序，在界面的自動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)

32、目，選擇二階系統(tǒng)，就會彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，實(shí)驗(yàn)開始后，實(shí)驗(yàn)機(jī)將自動產(chǎn)生0.5Hz16Hz等多種頻率信號，等待將近十分鐘，測試結(jié)束后，觀察閉環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線。 測試結(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，將顯示被測系統(tǒng)的閉環(huán)對數(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的被測二階系統(tǒng)的閉環(huán)對數(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實(shí)驗(yàn)機(jī)在測試頻率特性結(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f，以0.1Hz為分辨率，例如所選擇的信號

33、頻率f值為4.19Hz，則被認(rèn)為4.1 Hz送入到被測對象的輸入端），實(shí)驗(yàn)機(jī)將會把鼠標(biāo)點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的頻率信號送入到被測對象的輸入端，然后檢測該頻率的頻率特性。檢測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。如果增添的頻率點(diǎn)足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。鼠標(biāo)在界面上移動時(shí)，在界面的左下角將會同步顯示鼠標(biāo)位置所選取的角頻率值及幅值或相位值。在(AedkLabACT兩階頻率特性數(shù)據(jù)表)中將列出所有測試到的頻率點(diǎn)的閉環(huán)L、Im、Re等相關(guān)數(shù)據(jù)測量。注：該數(shù)據(jù)表不能自動更新，只能用關(guān)閉后再打開的辦法更新。 諧振頻率和諧振峰值的測試：在閉環(huán)對數(shù)幅頻曲線中用鼠

34、標(biāo)在曲線峰值處點(diǎn)擊一下，待檢測完成后就可以根據(jù)十字標(biāo)記測得該系統(tǒng)的諧振頻率r ，諧振峰值L(r)，見圖3-2-5；實(shí)驗(yàn)結(jié)果可與式（3-2-9）的計(jì)算值進(jìn)行比對。注：用戶用鼠標(biāo)只能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)，無法在幅相曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)。 改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益：改變運(yùn)算模擬單元A3的輸入電阻R=10K、4K、2K。Ti=1（C1=2u），T=0.1（C2=1u）（ R減小（減?。?。改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變運(yùn)算模擬單元A3的反饋電容C2=1u、2u、3u。Ti=1（C1=2u），K=25（R=4K），（C2增加 (減小)）。改變積分環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變運(yùn)算模擬單

35、元A3的反饋電容C1=1u、2u。T=0.1（C2=1u），K=25（R=4K） ，(C1減?。p?。?。重新觀測結(jié)果，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、諧振頻率r ，諧振峰值L(r)等相關(guān)數(shù)據(jù)，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。諧振頻率r諧振峰值L(r)圖3-2-5 被測二階閉環(huán)系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一實(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對系統(tǒng)的影響。2了解和掌握二階開環(huán)系統(tǒng)中的對數(shù)幅頻特性和相頻特性，實(shí)頻特性 和虛頻特性的計(jì)算。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

36、頻率c，與計(jì)算值作比對。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線。由于型系統(tǒng)含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它在開環(huán)時(shí)響應(yīng)曲線是發(fā)散的，因此欲獲得其開環(huán)頻率特性時(shí)，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。 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： （3-2-3）相位裕度： （3-2-4）值越小，Mp%越大，振蕩越厲害；值越大，Mp%小，調(diào)節(jié)時(shí)間ts越長，因此為使二階閉環(huán)系統(tǒng)不致于振蕩太厲害及調(diào)節(jié)時(shí)間太長，一般希望：30°70° （3-2-5）本實(shí)驗(yàn)以第3.2.2節(jié)二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線為例，得： c

37、 =14.186 =34.93° 本實(shí)驗(yàn)所構(gòu)成的二階系統(tǒng)符合式（3-2-5）要求。被測系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖3-2-2所示。（同二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測試構(gòu)成）本實(shí)驗(yàn)將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號發(fā)生器，自動產(chǎn)生的超低頻正弦信號的頻率從低到高變化（0.5Hz16Hz），OUT2輸出施加于被測系統(tǒng)的輸入端r(t)，然后分別測量被測系統(tǒng)的輸出信號的開環(huán)對數(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。實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：安置短路套及測孔聯(lián)線表同笫3.2.2 節(jié)二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線測試。（3）運(yùn)行、觀察、記

38、錄： 將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入，運(yùn)行LABACT程序，在界面的自動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)，就會彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，實(shí)驗(yàn)開始后，實(shí)驗(yàn)機(jī)將自動產(chǎn)生0.5Hz16H等多種頻率信號，等待將近十分鐘，測試結(jié)束后，觀察閉環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線。 待實(shí)驗(yàn)機(jī)把閉環(huán)頻率特性測試結(jié)束后，再在示波器界面左上角的紅色開環(huán)或閉環(huán)字上雙擊，將在示波器界面上彈出開環(huán)閉環(huán)選擇框，點(diǎn)擊確定后，示波器界面左上角的紅字，將變?yōu)殚_環(huán)然后再在示波器界面下部頻率特性選擇框點(diǎn)擊（任一項(xiàng)），在示波器上將轉(zhuǎn)為開環(huán)頻率特性顯示界面?？牲c(diǎn)擊界面下方的“頻率特性

39、”選擇框中的任意一項(xiàng)進(jìn)行切換，將顯示被測系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖）。在開環(huán)頻率特性界面上，亦可轉(zhuǎn)為閉環(huán)頻率特性顯示界面，方法同上。在頻率特性顯示界面的左上角，有紅色開環(huán)或閉環(huán)字表示當(dāng)前界面的顯示狀態(tài)。圖3-2-4的被測二階系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻曲線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-2-6所示。 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f，以0.1Hz為分辨率，例如所選擇的信號頻率f值為4.19Hz，則被認(rèn)為4.1 Hz送入到被測對象的輸

40、入端），實(shí)驗(yàn)機(jī)將會把鼠標(biāo)點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的頻率信號送入到被測對象的輸入端，然后檢測該頻率的頻率特性。檢測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。如果增添的頻率點(diǎn)足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。鼠標(biāo)在界面上移動時(shí)，在界面的左下角將會同步顯示鼠標(biāo)位置所選取的角頻率值及幅值或相位值。在AedkLabACT兩階頻率特性數(shù)據(jù)表中將列出所有測試到的頻率點(diǎn)的開環(huán)L、Im、Re等相關(guān)數(shù)據(jù)測量。注：該數(shù)據(jù)表不能自動更新，只能用關(guān)閉后再打開的辦法更新。 幅值穿越頻率c ，相位裕度的測試：在開環(huán)對數(shù)幅頻曲線中，用鼠標(biāo)在曲線L()=0 處點(diǎn)擊一下，待檢測完成后，就可以根據(jù)

41、十字標(biāo)記測得系統(tǒng)的幅值穿越頻率c ，見圖3-2-6 (a）；同時(shí)還可在開環(huán)對數(shù)相頻曲線上根據(jù)十字標(biāo)記測得該系統(tǒng)的相位裕度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可與式（3-2-11）和（3-2-12）的理論計(jì)算值進(jìn)行比對。注1：用戶用鼠標(biāo)只能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)，無法在幅相曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)。注2：由于本實(shí)驗(yàn)機(jī)采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD0809分辨率（8位）的局限，造成了信號幅度測量誤差。這誤差對閉環(huán)系統(tǒng)特性的測量影響不大；但是在計(jì)算和繪制開環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線時(shí)，這誤差就影響大了，反映到特性曲線上，感覺不平滑。注3：頻率點(diǎn)如選擇在0.1 Hz0.4Hz時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD080

42、9分辨率（8位）的局限及被測系統(tǒng)的離散性將帶來較大的誤差，其數(shù)據(jù)僅供參考。 改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益：改變運(yùn)算模擬單元A3的輸入電阻R=10K、4K、2K。Ti=1（C1=2u），T=0.1（C2=1u）（ R減小（減?。?。改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變運(yùn)算模擬單元A3的反饋電容C2=1u、2u、3u。Ti=1（C1=2u），K=25（R=4K），（C2增加 (減小)）。改變積分環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變運(yùn)算模擬單元A3的反饋電容C1=1u、2u。T=0.1（C2=1u），K=25（R=4K） ，(C1減小（減?。?。重新觀測結(jié)果，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、諧振頻率r ，諧振峰值

43、L(r)等相關(guān)數(shù)據(jù)，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。穿越頻率c圖3-2-6 被測二階開環(huán)系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線實(shí)驗(yàn)四截圖：一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線：一：R=50K，C=1U，R2=50K。二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線R=100K，C=1U，R2=50K。R=200K，C=1U，R2=50K。二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線C=2U，R=50K，R2=50K。C=3U，R=50K，R2=50K。實(shí)驗(yàn)五 頻率特性的時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)將正弦波發(fā)生器（B5）單元SIN測孔作為信號源，加于被測系統(tǒng)的輸入端，同時(shí)加到虛擬示波器CH1端口作為基準(zhǔn)，被測系統(tǒng)的輸出加到示波器CH2端口。待運(yùn)行停止后，虛擬示波器將以CH1端口輸入

44、的正弦信號周期，用弧度作為X軸坐標(biāo)進(jìn)行顯示。被測系統(tǒng)的模擬電路圖見圖3-2-7。注：被測系統(tǒng)必須是一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)。圖3-2-7 被測系統(tǒng)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，通過波形選擇按鍵選中正弦波（正弦波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器2”，使之正弦波頻率為5Hz（D1單元右顯示）。 調(diào)節(jié)B5單元的“正弦波調(diào)幅”電位器，使之正弦波峰峰值輸出電壓= ±2.5V左右（D1單元左顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-2-7安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線模塊號跨接

45、座號1A1S2，S62A6S4，S7，S91信號輸入B5（SIN）A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUT）A6（H1）（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：B5單元SIN測孔接CH1，A6單元信號輸出端OUT接CH2。（4）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，在界面的自動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，選擇時(shí)域分析，就會彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用示波器觀察波形，應(yīng)避免系統(tǒng)進(jìn)入非線性狀態(tài)。 把正弦波發(fā)生器B5單元作為信號發(fā)生器，產(chǎn)生的超低頻正弦信號，頻率為5Hz左右，正弦波峰峰值輸出電壓= ±2.5V左右施加于被測系統(tǒng)的輸入端r(t)。 程序正常運(yùn)行時(shí)，示波器的X

46、軸仍按時(shí)間t顯示；點(diǎn)擊停止鍵后，則示波器將以CH1點(diǎn)擊時(shí)刻測得正弦波信號的周期，轉(zhuǎn)為弧度作為X軸坐標(biāo)來顯示。實(shí)驗(yàn)截圖頻率特性的時(shí)域分析··實(shí)驗(yàn)六 頻域法串聯(lián)超前校正頻域法校正主要是通過對被控對象的開環(huán)對數(shù)幅頻特性和相頻特性（波德圖）觀察和分析實(shí)現(xiàn)的。一實(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)對數(shù)幅頻特性和相頻特性的測試方法。4觀察和分析系統(tǒng)未校正和串聯(lián)超前校正后的開環(huán)對數(shù)幅頻特性和相頻特性，幅值穿越頻率處c，相位裕度，并與理論計(jì)算值

47、作比對。二實(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)超前校正網(wǎng)絡(luò)后的二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。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，動態(tài)過程超調(diào)量下降；并使系統(tǒng)開環(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。1未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性的測試未校正系統(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）單元作為信號發(fā)生器， OUT輸出施加于被測系統(tǒng)的輸入端Ui，觀察OUT從0V階躍+2.5V時(shí)被測系統(tǒng)的時(shí)域特性。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

48、開環(huán)傳遞函數(shù)為：模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)：積分環(huán)節(jié)（A5單元）的積分時(shí)間常數(shù)Ti=R1*C1=0.2S， 慣性環(huán)節(jié)（A6單元）的慣性時(shí)間常數(shù) T=R2*C2=0.3S， 開環(huán)增益K=R2/R3=6。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) 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）。（1） 構(gòu)造模擬電

49、路：按圖3-3-2安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。1信號輸入r(t)B5（OUT）A1（H1）2運(yùn)放級聯(lián)A1（OUT）A5（H1）3運(yùn)放級聯(lián)A5（OUT）A6（H1）4負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）5運(yùn)放級聯(lián)A6（OUT）A3（H1）模塊號跨接座號1A1S4，S82A3S1，S63A5S4，S104A6S4，S8，S95B5S-ST（a）安置短路套 （b）測孔聯(lián)線（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行LABACT程序，在界面自動控制菜單下的“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。 觀察OUT從0V階躍+

50、2.5V時(shí)被測系統(tǒng)的時(shí)域特性，等待一個(gè)完整的波形出來后，點(diǎn)擊停止，然后移動游標(biāo)測量其超調(diào)量、峰值時(shí)間及調(diào)節(jié)時(shí)間。在未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性特性曲線上可測得時(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))2未校正系統(tǒng)的頻域特性的測試本實(shí)驗(yàn)將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號發(fā)生器，自動產(chǎn)生的超低頻正弦信號的頻率從低到高變化（0.5Hz16Hz），OUT2輸出施加于被測系統(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(yùn)算后在虛擬示波器中顯示。未校正系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖見圖3-3-4。圖3-3-4 未校正系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖 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安置短路套及測孔聯(lián)線，在1。未校正系統(tǒng)時(shí)域特性的測試的聯(lián)線表上增加頻率特性測試模塊，表如下。 1信號輸入r(t)B2（OUT2）