自動控制理論實驗項目 實驗一 典型環(huán)節(jié)的模擬研究

1、PAGE PAGE 81實驗一 典型環(huán)節(jié)的模擬研究一、實驗?zāi)康?. 熟悉THBDC-1型 控制理論計算機(jī)控制技術(shù)實驗平臺及“THBDC-1”軟件的使用；2. 熟悉各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)特性及其電路模擬；3. 測量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，并了解參數(shù)變化對其動態(tài)特性的影響。二、實驗設(shè)備1. THBDC-1型 控制理論計算機(jī)控制技術(shù)實驗平臺；2. PC機(jī)一臺(含“THBDC-1”軟件)、USB數(shù)據(jù)采集卡、37針通信線1根、16芯數(shù)據(jù)排線、USB接口線；三、實驗內(nèi)容1. 設(shè)計并組建各典型環(huán)節(jié)的模擬電路；2. 測量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)，并研究參數(shù)變化對其輸出響應(yīng)的影響；四、實驗原理自控系統(tǒng)是由比例、積分

2、、微分、慣性等環(huán)節(jié)按一定的關(guān)系組建而成。熟悉這些典型環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)及其對階躍輸入的響應(yīng)，將對系統(tǒng)的設(shè)計和分析十分有益。本實驗中的典型環(huán)節(jié)都是以運(yùn)放為核心元件構(gòu)成，其原理框圖如圖1-1所示。圖中Z1和Z2表示由R、C構(gòu)成的復(fù)數(shù)阻抗。1. 比例（P）環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)的特點是輸出不失真、不延遲、成比例地復(fù)現(xiàn)輸出信號的變化。 圖1-1它的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：當(dāng)Ui(S)輸入端輸入一個單位階躍信號，且比例系數(shù)為K時的響應(yīng)曲線如圖1-2所示。2. 積分（I）環(huán)節(jié) 圖1-2 積分環(huán)節(jié)的輸出量與其輸入量對時間的積分成正比。它的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號，當(dāng)積分系數(shù)為T時的響應(yīng)曲線如圖1-

3、3所示。圖1-33. 比例積分(PI)環(huán)節(jié)比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為： 其中T=R2C，K=R2/R1設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號，圖1-4示出了比例系數(shù)(K)為1、積分系數(shù)為T時的PI輸出響應(yīng)曲線。圖1-44. 比例微分(PD)環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為： 其中設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號，圖1-5示出了比例系數(shù)(K)為2、微分系數(shù)為TD時PD的輸出響應(yīng)曲線。 圖1-5 5. 比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：其中， 設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號，圖1-6示出了比例系數(shù)(K)為1、微分系數(shù)為TD、積分系數(shù)為TI時PID的輸出

4、。圖1-66. 慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與方框圖分別為：當(dāng)Ui(S)輸入端輸入一個單位階躍信號，且放大系數(shù)(K)為1、時間常數(shù)為T時響應(yīng)曲線如圖1-7所示。圖1-7五、實驗步驟1. 比例（P）環(huán)節(jié)根據(jù)比例環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K時，比例系數(shù)K=1。電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=200K時，比例系數(shù)K=2。當(dāng)ui為一單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測(選擇“通道1-2”，其中通道AD1接電路的輸出uO；通道AD2接電路

5、的輸入ui)并記錄相應(yīng)K值時的實驗曲線，并與理論值進(jìn)行比較。另外R2還可使用可變電位器，以實現(xiàn)比例系數(shù)為任意設(shè)定值。注： 實驗中注意“鎖零按鈕”和“階躍按鍵”的使用，實驗時應(yīng)先彈出“鎖零按鈕”，然后按下“階躍按鍵”。具體請參考附錄“硬件的組成及使用”相關(guān)部分。 為了更好的觀測實驗曲線，實驗時可適當(dāng)調(diào)節(jié)軟件上的分頻系數(shù)(一般調(diào)至刻度2)和選擇“”按鈕(時基自動)，以下實驗相同。2. 積分（I）環(huán)節(jié)根據(jù)積分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。電路中的參數(shù)?。篟=100K，C=10uF(T=RC=1

6、00K10uF=1)時，積分時間常數(shù)T=1S；電路中的參數(shù)?。篟=100K，C=1uF(T=RC=100K1uF=0.1)時，積分時間常數(shù)T=0.1S；當(dāng)ui為單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄相應(yīng)T值時的輸出響應(yīng)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。注：由于實驗電路中有積分環(huán)節(jié)，實驗前一定要用“鎖零單元”對積分電容進(jìn)行鎖零。3. 比例積分(PI)環(huán)節(jié)根據(jù)比例積分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R

7、2C=100K10uF=1S) 時， 比例系數(shù)K=1、積分時間常數(shù)T=1S；電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K1uF=0.1S) 時， 比例系數(shù)K=1、積分時間常數(shù)T=0.1S。注：通過改變R2、R1、C的值可改變比例積分環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和積分時間常數(shù)T。當(dāng)ui為單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同K及T值時的實驗曲線，并與理論值進(jìn)行比較。4. 比例微分(PD)環(huán)節(jié)根據(jù)比例微分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建其模擬電路，如下圖所示。圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K

8、。電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K1uF=0.1S)時， 比例系數(shù)K=1、微分時間常數(shù)T=0.1S；電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K10uF=1S) 時， 比例系數(shù)K=1、微分時間常數(shù)T=1S；當(dāng)ui為一單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測(選擇“通道3-4”，其中通道AD3接電路的輸出uO；通道AD4接電路的輸入ui)并記錄不同K及T值時的實驗曲線，并與理論值進(jìn)行比較。注：在本實驗中“THBDC-1”軟件的采集頻率設(shè)置為150K，采樣通道最

9、好選擇“通道3-4(有跟隨器，帶負(fù)載能力較強(qiáng))”5. 比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)根據(jù)比例積分微分環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建其相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=1uF (K= (R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=2,TI=R1C2=100K1uF=0.1S，TD=R2C1=100K1uF=0.1S) 時， 比例系數(shù)K=2、積分時間常數(shù)TI =0.1S、微分時間常數(shù)TD =0.1S；電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C1=1uF、C

10、2=10uF (K= (R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=1.1,TI=R1C2=100K10uF=1S，TD=R2C1=100K1uF=0.1S) 時， 比例系數(shù)K=1.1、積分時間常數(shù)TI =1S、微分時間常數(shù)TD =0.1S；當(dāng)ui為一單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測(選擇“通道3-4”，其中通道AD3接電路的輸出uO；通道AD4接電路的輸入ui)并記錄不同K、TI、TD值時的實驗曲線，并與理論值進(jìn)行比較。注：在本實驗中“THBDC-1”軟件的采集頻率設(shè)置為150K，采樣通道最好選擇“通道3-4(有跟隨器，帶負(fù)載能力較強(qiáng))”6. 慣性環(huán)節(jié)根據(jù)慣性環(huán)節(jié)的方框圖，選擇實驗

11、臺上的通用電路單元(U12、U6)設(shè)計并組建其相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖中后一個單元為反相器，其中R0=200K。電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K10uF=1) 時， 比例系數(shù)K=1、時間常數(shù)T=1S。電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K1uF=0.1) 時， 比例系數(shù)K=1、時間常數(shù)T=0.1S。通過改變R2、R1、C的值可改變慣性環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K和時間常數(shù)T。當(dāng)ui為一單位階躍信號時，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同K及T值時的實驗曲線，并

12、與理論值進(jìn)行比較。7. 根據(jù)實驗時存儲的波形及記錄的實驗數(shù)據(jù)完成實驗報告。六、實驗報告要求1. 畫出各典型環(huán)節(jié)的實驗電路圖，并注明參數(shù)。2. 寫出各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。3. 根據(jù)測得的典型環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)變化對動態(tài)特性的影響。七、實驗思考題1. 用運(yùn)放模擬典型環(huán)節(jié)時，其傳遞函數(shù)是在什么假設(shè)條件下近似導(dǎo)出的？2. 積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)主要差別是什么？在什么條件下，慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為積分環(huán)節(jié)？而又在什么條件下，慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為比例環(huán)節(jié)？3. 在積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)實驗中，如何根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲線的波形，確定積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)？4. 為什么實驗中實際曲線與理論曲線有一定

13、誤差？5、為什么PD實驗在穩(wěn)定狀態(tài)時曲線有小范圍的振蕩？實驗二 二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)一、實驗?zāi)康?. 通過實驗了解參數(shù)(阻尼比)、(阻尼自然頻率)的變化對二階系統(tǒng)動態(tài)性能的影響；2. 掌握二階系統(tǒng)動態(tài)性能的測試方法。二、實驗設(shè)備 同實驗一。三、實驗內(nèi)容1. 觀測二階系統(tǒng)的阻尼比分別在01三種情況下的單位階躍響應(yīng)曲線；2. 調(diào)節(jié)二階系統(tǒng)的開環(huán)增益K，使系統(tǒng)的阻尼比，測量此時系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間ts(= 0.05)；3. 為一定時，觀測系統(tǒng)在不同時的響應(yīng)曲線。四、實驗原理1. 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)用二階常微分方程描述的系統(tǒng)，稱為二階系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)形式的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (2.1)閉環(huán)特征方程：其解 ，針

14、對不同的值，特征根會出現(xiàn)下列三種情況：1）01（欠阻尼），此時，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)呈振蕩衰減形式，其曲線如圖2-1的(a)所示。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，。2）（臨界阻尼）此時，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)是一條單調(diào)上升的指數(shù)曲線，如圖2-1中的(b)所示。3）（過阻尼），此時系統(tǒng)有二個相異實根，它的單位階躍響應(yīng)曲線如圖2-1的(c)所示。(a) 欠阻尼(01時，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)無超調(diào)產(chǎn)生，但這種響應(yīng)的動態(tài)過程太緩慢，故控制工程上常采用欠阻尼的二階系統(tǒng)，一般取=0.60.7，此時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)過程不僅快速，而且超調(diào)量也小。2. 二階系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)典型的二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如圖2-2，模擬電路圖如圖2-3所示。

15、圖2-2 二階系統(tǒng)的方框圖圖2-3 二階系統(tǒng)的模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U11、U6）圖2-3中最后一個單元為反相器。由圖2-3可得其開環(huán)傳遞函數(shù)為： ，其中：， (，)其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 與式2.1相比較，可得 ， 五、實驗步驟根據(jù)圖2-3，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建模擬電路。1. 值一定時，圖2-3中取C=1uF，R=100K(此時)，Rx阻值可調(diào)范圍為0470K。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同值時的實驗曲線。1）當(dāng)可調(diào)電位器RX=250K時，=0.2，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)；2）若可調(diào)電位器RX=70.7K時，=0.7

16、07，系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)；3）若可調(diào)電位器RX=50K時，=1，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)；4）若可調(diào)電位器RX=25K時，=2，系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)。2. 值一定時，圖2-4中取R=100K，RX=250K(此時=0.2)。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號，在下列幾種情況下，用“THBDC-1”軟件觀測并記錄不同值時的實驗曲線。1）若取C=10uF時，；2）若取C=0.1uF（將U7、U9電路單元改為U10、U13）時，。注：由于實驗電路中有積分環(huán)節(jié)，實驗前一定要用“鎖零單元”對積分電容進(jìn)行鎖零。六、實驗報告要求1. 畫出二階系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)的實驗電路，并寫出閉環(huán)傳遞函數(shù)，表明電路中的各參數(shù)；2. 根據(jù)測得系

17、統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，分析開環(huán)增益K和時間常數(shù)T對系統(tǒng)的動態(tài)性能的影響。七、實驗思考題1. 如果階躍輸入信號的幅值過大，會在實驗中產(chǎn)生什么后果？2. 在電路模擬系統(tǒng)中，如何實現(xiàn)負(fù)反饋和單位負(fù)反饋？3. 為什么本實驗中二階系統(tǒng)對階躍輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差為零？實驗三 高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析（設(shè)計性實驗）一、實驗?zāi)康?. 通過實驗，進(jìn)一步理解線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性僅取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，它與外作用及初始條件均無關(guān)的特性；2. 研究系統(tǒng)的開環(huán)增益K或其它參數(shù)的變化對閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。二、實驗設(shè)備 同實驗一。三、實驗內(nèi)容觀測三階系統(tǒng)的開環(huán)增益K為不同數(shù)值時的階躍響應(yīng)曲線；研究三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

18、四、實驗原理三階及三階以上的系統(tǒng)統(tǒng)稱為高階系統(tǒng)。一個高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)是由一階和二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)組成?？刂葡到y(tǒng)能投入實際應(yīng)用必須首先滿足穩(wěn)定的要求。線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是其特征方程式的根全部位于S平面的左方。應(yīng)用勞斯判據(jù)就可以判別閉環(huán)特征方程式的根在S平面上的具體分布，從而確定系統(tǒng)是否穩(wěn)定。本實驗是研究一個三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性與其參數(shù)對系統(tǒng)性能的關(guān)系。三階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖如圖3-1、圖3-2所示。圖3-1 三階系統(tǒng)的方框圖 圖3-2 三階系統(tǒng)的模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U8、U9、U11、U6）圖3-1對應(yīng)的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：式中=1s，（其中待定電阻Rx的單位為K），改變R

19、x的阻值，可改變系統(tǒng)的放大系數(shù)K。由開環(huán)傳遞函數(shù)得到系統(tǒng)的特征方程為由勞斯判據(jù)得0K12 系統(tǒng)不穩(wěn)定其三種狀態(tài)的不同響應(yīng)曲線如圖3-3的a)、b)、c)所示。a) 不穩(wěn)定 b) 臨界 c)穩(wěn)定圖3-3三階系統(tǒng)在不同放大系數(shù)的單位階躍響應(yīng)曲線五、實驗步驟請自行提出實驗步驟，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路。（K值可參考取5，12，20等）。完成實驗報告，結(jié)合實驗提出相應(yīng)思考題。實驗四 線性定常系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的研究一、實驗?zāi)康?. 通過本實驗，理解系統(tǒng)的跟蹤誤差與其結(jié)構(gòu)、參數(shù)與輸入信號的形式、幅值大小之間的關(guān)系；2. 研究系統(tǒng)的開環(huán)增益K對穩(wěn)態(tài)誤差的影響。二、實驗設(shè)備同實驗一。三、

20、實驗內(nèi)容1. 觀測0型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和單位斜坡響應(yīng)，并實測它們的穩(wěn)態(tài)誤差；2. 觀測I型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和單位斜坡響應(yīng)，并實測它們的穩(wěn)態(tài)誤差；3. 觀測II型二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)和單位拋物坡，并實測它們的穩(wěn)態(tài)誤差。四、實驗原理通?？刂葡到y(tǒng)的方框圖如圖4-1所示。其中G(S)為系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)，H(S)為其反饋通道的傳遞函數(shù)。圖4-1由圖4-1求得（4.1）由上式可知，系統(tǒng)的誤差E(S)不僅與其結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，而且也與輸入信號R(S)的形式和大小有關(guān)。如果系統(tǒng)穩(wěn)定，且誤差的終值存在，則可用下列的終值定理求取系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差：（4.2）本實驗就是研究系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與上述因素間的

21、關(guān)系。下面敘述0型、I型、II型系統(tǒng)對三種不同輸入信號所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。10型二階系統(tǒng)設(shè)0型二階系統(tǒng)的方框圖如圖4-2所示。根據(jù)式（4.2），可以計算出該系統(tǒng)對階躍和斜坡輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差：圖4-2 0型二階系統(tǒng)的方框圖單位階躍輸入（）單位斜坡輸入（）上述結(jié)果表明0型系統(tǒng)只能跟蹤階躍輸入，但有穩(wěn)態(tài)誤差存在，其計算公式為：, 其中，R0為階躍信號的幅值。其理論曲線如圖4-3(a)和圖4-3(b)所示。 圖4-3(a) 圖4-3(b)2I型二階系統(tǒng)設(shè)圖4-4為I型二階系統(tǒng)的方框圖。圖4-4單位階躍輸入單位斜坡輸入這表明I型系統(tǒng)的輸出信號完全能跟蹤階躍輸入信號，在穩(wěn)態(tài)時其誤差為零。對于單位斜坡信號輸入

22、，該系統(tǒng)的輸出也能跟蹤輸入信號的變化，且在穩(wěn)態(tài)時兩者的速度相等（即），但有位置誤差存在，其值為，其中，為斜坡信號對時間的變化率。其理論曲線如圖4-5(a)和圖4-5(b)所示。圖4-5(a) 圖4-5(b)3II型二階系統(tǒng)設(shè)圖4-6為II型二階系統(tǒng)的方框圖。圖4-6 II型二階系統(tǒng)的方框圖同理可證明這種類型的系統(tǒng)輸出均無穩(wěn)態(tài)誤差地跟蹤單位階躍輸入和單位斜坡輸入。當(dāng)輸入信號，即時，其穩(wěn)態(tài)誤差為：當(dāng)單位拋物波輸入時II型二階系統(tǒng)的理論穩(wěn)態(tài)偏差曲線如圖4-7所示。圖4-7 II型二階系統(tǒng)的拋物波穩(wěn)態(tài)誤差響應(yīng)曲線五、實驗步驟1. 0型二階系統(tǒng)根據(jù)0型二階系統(tǒng)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組

23、建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。 圖4-8 0型二階系統(tǒng)模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U11、U6）當(dāng)輸入ur為一單位階躍信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。當(dāng)輸入ur為一單位斜坡信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。注：單位斜坡信號的產(chǎn)生最好通過一個積分環(huán)節(jié)(時間常數(shù)為1S)和一個反相器完成。2. 型二階系統(tǒng)根據(jù)I型二階系統(tǒng)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖4-9 型二階系統(tǒng)模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U11、U6）當(dāng)輸入ur為一單位階躍信號時，用上位軟件觀測圖

24、中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。當(dāng)輸入ur為一單位斜坡信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。3. II型二階系統(tǒng)根據(jù)II型二階系統(tǒng)的方框圖，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如下圖所示。圖4-10 II型二階系統(tǒng)模擬電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U10、U11、U6）當(dāng)輸入ur為一單位斜坡(或單位階躍)信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。當(dāng)輸入ur為一單位單位拋物波信號時，用上位軟件觀測圖中e點并記錄其實驗曲線，并與理論偏差值進(jìn)行比較。注： 單位拋物波信號的產(chǎn)生最好通過兩個積分環(huán)節(jié)(時

25、間常數(shù)均為1S)來構(gòu)造。 本實驗中不主張用示波器直接測量給定信號與響應(yīng)信號的曲線，因它們在時間上有一定的響應(yīng)誤差； 在實驗中為了提高偏差e的響應(yīng)帶寬，可在二階系統(tǒng)中的第一個積分環(huán)節(jié)并一個510K的普通電阻。六、實驗報告要求1. 畫出0型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統(tǒng)在單位階躍和單位斜坡信號輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差。2. 畫出型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統(tǒng)在單位階躍和單位斜坡信號輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差。3. 畫出型二階系統(tǒng)的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統(tǒng)在單位斜坡和單位拋物線函數(shù)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。4. 觀察由改變輸入階躍信號的幅值，斜坡信號的速度，對二階系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影

26、響。并分析其產(chǎn)生的原因。七、實驗思考題1. 為什么0型系統(tǒng)不能跟蹤斜坡輸入信號？2. 為什么0型系統(tǒng)在階躍信號輸入時一定有誤差存在，決定誤差的因素有哪些？3. 為使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，系統(tǒng)的開環(huán)增益應(yīng)取大些還是小些？4. 解釋系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度對開環(huán)增益K的要求是相矛盾的，在控制工程中應(yīng)如何解決這對矛盾？實驗五 典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的測量一、實驗?zāi)康?. 了解典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的頻率特性曲線的測試方法；2. 根據(jù)實驗求得的頻率特性曲線求取傳遞函數(shù)。二、實驗設(shè)備同實驗一。三、實驗內(nèi)容1. 慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測試；2. 二階系統(tǒng)頻率特性測試；3. 無源滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)的頻率特性測試；4. 由實

27、驗測得的頻率特性曲線，求取相應(yīng)的傳遞函數(shù)；5. 用軟件仿真的方法，求取慣性環(huán)節(jié)和二階系統(tǒng)的頻率特性。四、實驗原理1. 系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的頻率特性設(shè)G(S)為一最小相位系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的傳遞函數(shù)。如在它的輸入端施加一幅值為Xm、頻率為的正弦信號，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為 由式得出系統(tǒng)輸出，輸入信號的幅值比和相位差 (幅頻特性) (相頻特性)式中和都是輸入信號的函數(shù)。2. 頻率特性的測試方法2.1 李沙育圖形法測試2.1.1幅頻特性的測試 由于 改變輸入信號的頻率，即可測出相應(yīng)的幅值比，并計算 （dB） 其測試框圖如下所示：圖5-1 幅頻特性的測試圖(李沙育圖形法)注：示波器同一時刻只輸入一個通道，即系統(tǒng)（環(huán)節(jié)

28、）的輸入或輸出。2.1.2相頻特性的測試圖5-2 相頻特性的測試圖(李沙育圖形法)令系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的輸入信號為： (5.1)則其輸出為 (5.2)對應(yīng)的李沙育圖形如圖5-2所示。若以t為參變量,則與所確定點的軌跡將在示波器的屏幕上形成一條封閉的曲線(通常為橢圓)，當(dāng)t=0時，由式(5.2)得 于是有 (5.3)同理可得 (5.4)其中為橢圓與Y軸相交點間的長度；為橢圓與X軸相交點間的長度。式(5.3)、(5.4)適用于橢圓的長軸在一、三象限；當(dāng)橢圓的長軸在二、四時相位的計算公式變?yōu)榛?下表列出了超前與滯后時相位的計算公式和光點的轉(zhuǎn)向。相角超前滯后0 9090 1800 9090 180圖形計算公

29、式=Sin-12Y0/(2Ym)=Sin-12X0/(2Xm)=180-Sin-12Y0/(2Ym)=180-Sin-12X0/(2Xm)=Sin-12Y0/(2Ym)=Sin-12X0/(2Xm)=180-Sin-12Y0/(2Ym)=180-Sin-12X0/(2Xm)光點轉(zhuǎn)向順時針順時針逆時針逆時針2.2 用虛擬示波器測試（利用上位機(jī)提供的虛擬示波器和信號發(fā)生器） 圖5-3用虛擬示波器測試系統(tǒng)(環(huán)節(jié))的頻率特性可直接用軟件測試出系統(tǒng)(環(huán)節(jié))的頻率特性，其中Ui信號由虛擬示波器的信號發(fā)生器產(chǎn)生，并由采集卡DA1通道輸出。測量頻率特性時，被測環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的輸出信號接采集卡的AD1通道，而DA1

30、通道的信號同時接到采集卡的AD2通道。3. 慣性環(huán)節(jié) 傳遞函數(shù)和電路圖為 圖5-4 慣性環(huán)節(jié)的電路圖其幅頻的近似圖如圖5-5所示。圖5-5 慣性環(huán)節(jié)的幅頻特性若圖5-4中取C=1uF，R1=100K，R2=100K， R0=200K則系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率為=1.66Hz4. 二階系統(tǒng) 由圖5-6(Rx=100K)可得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和方框圖為：，（過阻尼）圖5-6 典型二階系統(tǒng)的方框圖其模擬電路圖為 圖5-7 典型二階系統(tǒng)的電路圖其中Rx可調(diào)。這里可取100K、10K兩個典型值。當(dāng) Rx=100K時的幅頻近似圖如圖5-8所示。 圖5-8 典型二階系統(tǒng)的幅頻特性5. 無源滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)其模擬電路圖為圖

31、5-9無源滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF其傳遞函數(shù)為 其中，。其幅頻的近似圖如圖5-10所示。圖5-10無源滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性五、實驗步驟1. 慣性環(huán)節(jié)1.1 根據(jù)圖5-11 慣性環(huán)節(jié)的電路圖，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路。其中電路的輸入端接實驗臺上信號源的輸出端，電路的輸出端接數(shù)據(jù)采集接口單元的AD2輸入端；同時將信號源的輸出端接數(shù)據(jù)采集接口單元的AD1輸入端。圖5-11 慣性環(huán)節(jié)的電路圖1.2點擊“BodeChart”軟件的“開始采集”；1.3調(diào)節(jié)“低頻函數(shù)信號發(fā)生器”正弦波輸出起始頻率至0.2Hz，并用交流

32、電壓測得其電壓有效值為4V左右，等待到電路輸出信號穩(wěn)定后，點擊“手動單采”，等待，軟件即會自動完成該頻率點的幅值特性，并單點顯示在波形窗口上。1.4繼續(xù)增加并調(diào)節(jié)正弦波輸出頻率（如0.3Hz，本實驗終至頻率5Hz即可），等輸出信號穩(wěn)定后，點擊“手動單采”，等待，軟件即會自動完成該頻率點的幅值特性，并單點顯示在波形窗口上。1.5繼續(xù)第1.2、1.3步驟，一直到關(guān)鍵頻率點都完成。1.6點擊停止采集，結(jié)束硬件采集任務(wù)。1.7點擊“折線連接”，完成波特圖的幅頻特性圖。注意事項：正弦波的頻率在0.2Hz到2Hz的時，采樣頻率設(shè)為1000Hz；正弦波的頻率在2Hz到50Hz的時，采樣頻率設(shè)為5000Hz。

33、1.7保存波形到畫圖板。2. 二階系統(tǒng)根據(jù)圖5-7所示二階系統(tǒng)的電路圖，選擇實驗臺上的通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，如圖5-12所示。圖5-12 典型二階系統(tǒng)的電路圖（電路參考單元為：U7、U9、U6）2.1 當(dāng)時 具體步驟請參考慣性環(huán)節(jié)的相關(guān)操作，最后的終至頻率2Hz即可。2.2當(dāng)時具體步驟請參考慣性環(huán)節(jié)的相關(guān)操作，最后的終至頻率5Hz即可。3. 無源滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)根據(jù)圖5-9無源滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)的電路圖，選擇實驗臺上的U2通用電路單元設(shè)計并組建其模擬電路，如圖5-13所示。圖5-13無源滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)（電路參考單元為：U2）具體步驟請參考慣性環(huán)節(jié)的相關(guān)操作，最后的終止頻率100

34、Hz即可。5. 根據(jù)實驗存儲的波形，完成實驗報告。六、實驗報告要求1. 寫出被測環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并畫出相應(yīng)的模擬電路圖；2. 把實驗測得的數(shù)據(jù)和理論計算數(shù)據(jù)列表，繪出它們的Bode圖，并分析實測的Bode圖產(chǎn)生誤差的原因；3. 用上位機(jī)實驗時，根據(jù)由實驗測得二階系統(tǒng)閉環(huán)幅頻特性曲線，據(jù)此寫出該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并把計算所得的諧振峰值和諧振頻率與實驗結(jié)果相比較；4. 繪出被測環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的幅頻特性。七、實驗思考題1. 在實驗中如何選擇輸入正弦信號的幅值？2. 用示波器測試相頻特性時，若把信號發(fā)生器的正弦信號送入Y軸，被測系統(tǒng)的輸出信號送至X軸，則根據(jù)橢圓光點的轉(zhuǎn)動方向，如何確定相位的超前和滯后

35、？3. 根據(jù)上位機(jī)測得的Bode圖的幅頻特性，就能確定系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的相頻特性，試問這在什么系統(tǒng)時才能實現(xiàn)？ 實驗六 線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)校正（綜合性實驗）一、實驗?zāi)康?. 通過實驗，理解所加校正裝置的結(jié)構(gòu)、特性和對系統(tǒng)性能的影響；2. 掌握串聯(lián)校正幾種常用的設(shè)計方法和對系統(tǒng)的實時調(diào)試技術(shù)。二、實驗設(shè)備同實驗一。三、實驗內(nèi)容 1. 觀測未加校正裝置時系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能；2. 按動態(tài)性能的要求，分別用時域法或頻域法（期望特性）設(shè)計串聯(lián)校正裝置；3. 觀測引入校正裝置后系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能，并予以實時調(diào)試，使之動、靜態(tài)性能均滿足設(shè)計要求；4. 利用上位機(jī)軟件，分別對校正前和校正后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并與上

36、述模擬系統(tǒng)實驗的結(jié)果相比較。四、實驗原理圖6-1為一加串聯(lián)校正后系統(tǒng)的方框圖。圖中校正裝置Gc(S)是與被控對象Go(S)串聯(lián)連接。圖6-1 加串聯(lián)校正后系統(tǒng)的方框圖串聯(lián)校正有以下三種形式： 1) 超前校正，這種校正是利用超前校正裝置的相位超前特性來改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。2) 滯后校正，這種校正是利用滯后校正裝置的高頻幅值衰減特性，使系統(tǒng)在滿足穩(wěn)態(tài)性能的前提下又能滿足其動態(tài)性能的要求。3) 滯后超前校正，由于這種校正既有超前校正的特點，又有滯后校正的優(yōu)點。因而它適用系統(tǒng)需要同時改善穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的場合。校正裝置有無源和有源二種?；诤笳吲c被控對象相連接時，不存在著負(fù)載效應(yīng)，故得到廣泛地應(yīng)用。下面

37、介紹兩種常用的校正方法：零極點對消法（時域法；采用超前校正）和期望特性校正法（采用滯后校正）。1. 零極點對消法(時域法)所謂零極點對消法就是使校正變量Gc(S)中的零點抵消被控對象Go(S)中不希望的極點，以使系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能均能滿足設(shè)計要求。設(shè)校正前系統(tǒng)的方框圖如圖6-2所示。圖6-2 二階閉環(huán)系統(tǒng)的方框圖1.1 性能要求靜態(tài)速度誤差系數(shù)：KV=25 1/S，超調(diào)量：；上升時間：。1.2 校正前系統(tǒng)的性能分析校正前系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)為：，剛好滿足穩(wěn)態(tài)的要求。根據(jù)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)求得，代入二階系統(tǒng)超調(diào)量的計算公式，即可確定該系統(tǒng)的超調(diào)量，即，這表明當(dāng)系統(tǒng)滿足穩(wěn)態(tài)性能

38、指標(biāo)KV的要求后，其動態(tài)性能距設(shè)計要求甚遠(yuǎn)。為此，必須在系統(tǒng)中加一合適的校正裝置，以使校正后系統(tǒng)的性能同時滿足穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)的要求。1.3 校正裝置的設(shè)計根據(jù)對校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，確定系統(tǒng)的和。即由，求得，解得根據(jù)零極點對消法則，令校正裝置的傳遞函數(shù)則校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：相應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)于是有：，為使校正后系統(tǒng)的超調(diào)量，這里取 ， 則 ，。這樣所求校正裝置的傳遞函數(shù)為：設(shè)校正裝置GC(S)的模擬電路如圖6-3或圖6-4(實驗時可選其中一種)所示。圖6-3校正裝置的電路圖1 圖6-4校正裝置的電路圖2其中圖6-3中 時 則有而圖6-4中，時有圖6-5 (a)、(b)分別為二階

39、系統(tǒng)校正前、后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的示意曲線。 (a) (約為63%) (b) (約為16.3%)圖6-5 加校正裝置前后二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線2. 期望特性校正法根據(jù)圖6-1和給定的性能指標(biāo)，確定期望的開環(huán)對數(shù)幅頻特性L()，并令它等于校正裝置的對數(shù)幅頻特性Lc()和未校正系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性Lo()之和，即 L()= Lc()+ Lo()當(dāng)知道期望開環(huán)對數(shù)幅頻特性L()和未校正系統(tǒng)的開環(huán)幅頻特性L0()，就可以從Bode圖上求出校正裝置的對數(shù)幅頻特性 Lc()= L()-Lo()據(jù)此，可確定校正裝置的傳遞函數(shù)，具體說明如下：設(shè)校正前系統(tǒng)為圖6-6所示，這是一個0型二階系統(tǒng)。圖6-6二階系統(tǒng)的

40、方框圖其開環(huán)傳遞函數(shù)為：，其中 ，K=K1K2=2。則相應(yīng)的模擬電路如圖6-7所示。圖6-7 二階系統(tǒng)的模擬電路圖 由于圖6-7是一個0型二階系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)輸入端輸入一個單位階躍信號時，系統(tǒng)會有一定的穩(wěn)態(tài)誤差，其誤差的計算方法請參考實驗四“線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差”。2.1 設(shè)校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下：系統(tǒng)的超調(diào)量：，速度誤差系數(shù)。后者表示校正后的系統(tǒng)為I型二階系統(tǒng)，使它跟蹤階躍輸入無穩(wěn)態(tài)誤差。 2.2 設(shè)計步驟2.2.1 繪制未校正系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線，由圖6-6可得：其對數(shù)幅頻特性曲線如圖6-8的曲線(虛線) 所示。2.2.2 根據(jù)對校正后系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求，取，相應(yīng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：，

41、其頻率特性為： 據(jù)此作出曲線（），如圖6-8的曲線L所示。2.2.3 求因為。所以由上式表示校正裝置是PI調(diào)節(jié)器，它的模擬電路圖如圖6-9所示。圖6-8 二階系統(tǒng)校正前、校正后的幅頻特性曲線圖6-9 PI校正裝置的電路圖由于 其中取R1=80K（實際電路中取82K），R2=100K，C=10uF，則s， 校正后系統(tǒng)的方框圖如圖6-10所示。圖6-10 二階系統(tǒng)校正后的方框圖圖6-11 (a)、(b)分別為二階系統(tǒng)校正前、后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的示意曲線。 (a) (穩(wěn)態(tài)誤差為0.33) (b) (約為4.3%)圖6-11 加校正裝置前后二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線五、實驗步驟1. 零極點對消法(時域法

42、)進(jìn)行串聯(lián)校正注：做本實驗時，也可選擇圖6-4中對應(yīng)的校正裝置，此時校正裝置使用U10、U16單元，但510K和390K電阻需用電位器來設(shè)置。2. 期望特性校正法六、實驗報告要求1. 根據(jù)對系統(tǒng)性能的要求，設(shè)計系統(tǒng)的串聯(lián)校正裝置，并畫出它的電路圖；2. 根據(jù)實驗結(jié)果，畫出校正前系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線及相應(yīng)的動態(tài)性能指標(biāo)；3. 觀測引入校正裝置后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，并將由實驗測得的性能指標(biāo)與理論計算值作比較；4. 實時調(diào)整校正裝置的相關(guān)參數(shù)，使系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能均滿足設(shè)計要求，并分析相應(yīng)參數(shù)的改變對系統(tǒng)性能的影響。七、實驗思考題根據(jù)實驗的校正設(shè)計方法，自行提出實驗思考題。實驗七 系統(tǒng)能控性與能觀性分

43、析一、實驗?zāi)康?. 通過本實驗加深對系統(tǒng)狀態(tài)的能控性和能觀性的理解；2. 驗證實驗結(jié)果所得系統(tǒng)能控能觀的條件與由它們的判據(jù)求得的結(jié)果完全一致。二、實驗設(shè)備同實驗一。三、實驗內(nèi)容1. 線性系統(tǒng)能控性實驗;2. 線性系統(tǒng)能觀性實驗。四、實驗原理系統(tǒng)的能控性是指輸入信號u對各狀態(tài)變量x的控制能力。如果對于系統(tǒng)任意的初始狀態(tài)，可以找到一個容許的輸入量，在有限的時間內(nèi)把系統(tǒng)所有的狀態(tài)變量轉(zhuǎn)移到狀態(tài)空間的坐標(biāo)原點。則稱系統(tǒng)是能控的。系統(tǒng)的能觀性是指由系統(tǒng)的輸出量確定系統(tǒng)所有初始狀態(tài)的能力。如果在有限的時間內(nèi)，根據(jù)系統(tǒng)的輸出能唯一地確定系統(tǒng)的初始狀態(tài)，則稱系統(tǒng)能觀。對于圖7-1所示的電路系統(tǒng)，設(shè)iL和uc分

44、別為系統(tǒng)的兩個狀態(tài)變量，如果電橋中，則輸入電壓u能控制iL和uc狀態(tài)變量的變化，此時，狀態(tài)是能控的；狀態(tài)變量iL與uc有耦合關(guān)系，輸出uc中含有iL的信息，因此對uc的檢測能確定iL。即系統(tǒng)能觀的。反之，當(dāng)時，電橋中的c點和d點的電位始終相等， uc不受輸入u的控制，u只能改變iL的大小，故系統(tǒng)不能控；由于輸出uc和狀態(tài)變量iL沒有耦合關(guān)系，故uc的檢測不能確定iL，即系統(tǒng)不能觀。1. 當(dāng)時 (7.1)y=uc=0 1 (7.2)由上式可簡寫為 式中 由系統(tǒng)能控能觀性判據(jù)得=2 故系統(tǒng)既能控又能觀。2. 當(dāng)時，式(7.1)變?yōu)?(7.3)y=uc=0 1 (7.4)由系統(tǒng)能控能觀性判據(jù)得=12

45、 “新建”,用戶可以在文本框內(nèi)編寫新的算法代碼; (2) 點擊“文件”-“打開”,用戶可以在文本框內(nèi)按照一定路徑打開已有的算法代碼; (3) 點擊“文件”-“保存”,用戶可以將新的算法代碼按一定的路徑保存起來; (4)在“編輯”下有撤消.復(fù)制,剪切,粘貼的功能,這里不做具體說明;(5) 點擊“調(diào)試”-“啟動”,運(yùn)行程序,并在示波器上輸出波形;(6) 點擊“調(diào)試”-“停止”,停止運(yùn)行程序.(7) 點擊“調(diào)試”-“步長設(shè)置”,將彈出一個對話框,可以設(shè)置步長.如圖17。(8) 在“語言”菜單下,有兩中語言函數(shù)可以利用的.具體的如下第八,第九大條.下面是具體的實驗:1. 使用導(dǎo)線，連接數(shù)據(jù)采集接口的A

46、D1和DA1；并使用腳本編程器打開計算機(jī)控制算法VBS基本波形中的正弦波腳本；且在腳本編程器的菜單語言選擇VBScript。2. 將AD參數(shù)設(shè)置為：通道1，1KHz，并開始采集數(shù)據(jù)；打開腳本編程器的調(diào)試菜單的啟動菜單，運(yùn)行腳本。即THBDC-1虛擬示波器上觀察到輸出的正弦波。如圖18。圖183. 波形采集完成后，可選擇腳本編程器調(diào)試菜單中的停止菜單，停止腳本輸出。注意：腳本編程器可通過修改調(diào)試菜單中的步長設(shè)置，修改單步步長；本腳本編程器支持VBScript和JScript，其中JScript的操作步驟和VBScript相似。報告生成器做實驗時如果采用登陸模式，在上面就會顯示對應(yīng)的學(xué)號、姓名（此

47、姓名，學(xué)號是不可以更改的），在寫實驗報告中如果要用到實驗中的當(dāng)前波形圖，可以在對應(yīng)參數(shù)區(qū)填入與當(dāng)前實驗相對應(yīng)的參數(shù),然后點擊“保存當(dāng)前實驗波形”，如果還要保存其他實驗波形的話，可以繼續(xù)實驗，同樣在對應(yīng)參數(shù)區(qū)填入對應(yīng)參數(shù)，然后點擊“保存當(dāng)前實驗波形”，實驗完成后在報告生成器窗口中填寫實驗類別、實驗名稱、實驗?zāi)康摹嶒炗懻摻Y(jié)果和學(xué)生所在班級,所有填寫完之后點擊“報告生成”，按一定的路徑及以的格式來保存報告。如果只要交電子稿，就以文件的形式發(fā)送到老師指定的路徑文件中，如果要打印提交的話，可以直接雙擊打開這份報告，在word中打印實驗報告。此報告生成器還有兩個功能：一是點擊“插入其他位圖波形”，可以插

48、入其他波形與當(dāng)前實驗波形相比較；二是點擊“可插入算法原代碼”，可插入當(dāng)前實驗算法的原代碼，以便與實驗相對照。(工具欄有快捷方式)如下2個圖。（注：在安裝office2003時，一定要選擇完全安裝，切記不要選擇典型安裝，否則不能生成報告） 波形保存保存當(dāng)前整個示波器窗口及波形，以Bitmap文件類型保存。如下圖：波形打印如果電腦連了打印機(jī)的話，本軟件有直接打印的功能，可以直接打印出當(dāng)前的主界面。在工具快捷欄也有打印機(jī)的圖標(biāo)，如下圖：退出實驗完之后退出當(dāng)前主界面。二、示波器下的按鈕功能 1、幅值自動選擇(點擊一下,同時會出現(xiàn)表示符“”表示已經(jīng)選上)：調(diào)整示波器窗口始終隨著波形的幅值滿屏顯示。取消（

49、在選上的基礎(chǔ)上在點擊下，同時表示符消失，表示已取消）：取消自動調(diào)整，同時彈出對話框，設(shè)置最大，最小顯示幅值。如下圖：2、時基自動選擇：調(diào)整示波器窗口始終隨著波形的時間滿屏顯示；取消：取消自動調(diào)整。3、暫停顯示選擇：暫停顯示；取消：取消自動調(diào)整。 3、波形同步選擇：同步顯示波形（注要：只有波形模式在 Plot X，Plot(X1,X2),Plot(X1+X2)種模式下有效，其它模式不起作用）；取消：取消同步顯示。4、波形模式Chart X 單通道采集時，連續(xù)左移方式顯示波形，同時在工具快捷方式欄下方中央會顯示波形模式,如下圖；Plot X 單通道采集時，連續(xù)一屏一屏從左到有刷新顯示波形，此時波形

50、顯示長度就是緩存數(shù)據(jù)長度；單通道同步顯示必須在此模式下,如下圖； Chart(X1,X2)雙通道時，分別顯示。顯示原理同 Chart X ；Plot(X1,X2)雙通道時，分別顯示。顯示原理同 PlotX ；Chart(X1X2)雙通道時，兩波形疊加顯示。顯示原理同 Chart X ；Plot(X1X2)雙通道時，兩波形疊加顯示。顯示原理同 PlotX ；Plot(X1，X2)雙通道時，X1數(shù)值為時間軸，X2為幅值軸。顯示原理同 PlotX ；AmpSpectrum（幅值譜）信號的不同頻率的幅度在頻率序列上的表示，（注:一個方波信號）如下圖： PowerSpectrum（功率譜）以F（t）為電

51、壓在1歐姆電阻上不同頻率上能量消耗的分布。同時快捷工具欄下方中央會顯示波形模式,（注：接一個方波信號）如下圖； 5、波形操作XY軸放大 在此操作模式下，可以任意放大鼠標(biāo)選定的矩形波形窗口到滿屏.此按鈕在工具快捷方式欄也有顯示,如下圖: X軸放大 在此操作模式下，可以任意放大鼠標(biāo)選定的時間軸區(qū)域波形到滿屏。如下圖:Y軸放大 在此操作模式下，可以任意放大鼠標(biāo)選定的幅值軸區(qū)域波形到滿屏。波形抓取 在此操作模式下,可以抓取當(dāng)前實驗波形.如下圖:十字跟蹤 在此操作模式下，示波器會彈出兩跟蹤線。用戶可以用鼠標(biāo)拖動跟蹤線到指定的位置，狀態(tài)欄會實時顯示跟蹤線和波形交叉點的坐標(biāo)位置。如下圖:6、線型/點型改變波

52、形的形狀。即線型時連線顯示，點型時，點式顯示。7、波形復(fù)位復(fù)位放大縮小后的波形到原始狀態(tài)。8、基準(zhǔn)復(fù)位復(fù)位控制區(qū)里的水平，基準(zhǔn)按鈕到初始狀態(tài)。 9、波形清除 清除當(dāng)前實驗波形，使得示波器窗口為空白，以便重新生成實驗波形。10、波形復(fù)制波形拷貝到粘貼板。三、工具快捷欄其余按鈕如下圖 “開始”相當(dāng)于“開始采集”的功能： “暫?！?使當(dāng)前波形暫時停下來時，以便進(jìn)行測量觀察。要繼續(xù)使波形移動的話，可以點擊“開始”。 “停止” 使波形停止下來，重新開始實驗。開始“系統(tǒng)”下的“信號發(fā)生器”的工具快捷方式如下圖：開始“系統(tǒng)”下的“腳本編程”的工具快捷方式如下圖： 菜單欄“示波器”下“時基自動”的工具快捷方式

53、。如果按鈕陷下去，表示已在當(dāng)前狀態(tài)。菜單欄“示波器”下“X-t”和“X-Y”的工具快捷方式。如果按鈕陷下去，表示已在當(dāng)前狀態(tài)。在第七大條有具體實例。軟件使用說明書包括THBDC-1軟件安裝和使用說明，及Bode圖軟件使用說明書。如下2圖： 五、參數(shù)與操作區(qū)的一些按鈕功能通道選擇 選擇AD采集的通道（通道1為 USB采集卡的1通道，通道12為USB采集卡的1和2通道，此時雙通道采集，每個通道的實際采樣頻率為設(shè)置采樣頻率的一半）。采樣頻率設(shè)置采集卡的采樣頻率（注要：單位是K，即最小為1000Hz，最大可以達(dá)到250KHz）。采集卡的默認(rèn)增益系數(shù)為1。分頻系數(shù)波形在Chart模式時，可以任意調(diào)節(jié)采樣

54、頻率。該原理是等間隔均勻丟棄數(shù)據(jù)點。也即相當(dāng)于降低了采樣頻率，該功能特點是不需要停止采集，隨著滑動按鈕的調(diào)節(jié)，可以馬上看到調(diào)節(jié)結(jié)果。主要用在實驗時對象信號頻率很低，而實驗又需要顯示整個實驗波形過程，這時通過滑動按鈕可以調(diào)到合理的波形。（值1對應(yīng)無分頻，值20對應(yīng)每緩存長度數(shù)據(jù)只顯示1點）。窗口長度調(diào)節(jié)Chart模式時的波形歷史數(shù)據(jù)長度。基準(zhǔn)平移可以邏輯設(shè)置幅值的平移增量。雙通道采集時可以用來分段顯示波形?；鶞?zhǔn)增益可以邏輯設(shè)置幅值的比例系數(shù)。水平微調(diào)開始測量之前，如果波形不在零點位置，可以調(diào)此微調(diào)，使波形處于零點位置。每一格代表0.01，調(diào)節(jié)范圍在-0.1到0.1共0.2的范圍。（注：此水平微調(diào)

55、在窗口最大化時，才會顯示出來）六、狀態(tài)區(qū)的各欄注釋狀態(tài)欄第一格為系統(tǒng)運(yùn)行狀況信息欄，第二欄為當(dāng)前波形實時分析的頻率值（注要：雙通道時，是指第一通道波形的頻率），第三欄第四欄為十字跟蹤時，跟蹤線X1與波形相交點的時基坐標(biāo)值和幅值坐標(biāo)值。第五欄和第六欄為十字跟蹤時，跟蹤線X2與波形相交點的時基坐標(biāo)值和幅值坐標(biāo)值。第七欄第八欄為跟蹤線X2與跟蹤線X1的坐標(biāo)值差，第九欄為|X2-X1|坐標(biāo)值差的倒數(shù)。當(dāng)X1X2剛好對應(yīng)一個波形時，該倒數(shù)即為該波形的頻率。七、工具欄中的X-t，X-Y的使用1、X-t的使用1.1 采用實驗臺上的通用實驗單元，組建一個慣性環(huán)節(jié)，如下圖所示：電路中的參數(shù)?。篟1=100K，R

56、2=100K，Ro=200K，C=1uF；將Ui端連接到階躍信號輸出端，Uo端連接到數(shù)據(jù)采集口單元的AD1，且階躍信號的輸出幅值為2V；1.2 從開始菜單處打開軟件界面“THBDC-1”，打開后軟件界面如下圖所示：1.3 將窗口長度的指針移向大，點擊開始采集按鈕，并按下階躍按鈕，輸出2V的階躍信號，即可記錄如下圖所示：注意：在X-t視圖下，也可以采用雙通道觀察，具體操作步驟和單通道觀察實驗波形一致。2、X-Y的使用2.1 按照下圖所示，連接實驗電路：將r(t)連接到數(shù)據(jù)采集接口的AD1和低頻函數(shù)信號發(fā)生器的正弦波輸出端，c(t)端連接到數(shù)據(jù)采集接口的AD2。2.2 打開THBDC-1軟件，將A

57、D參數(shù)設(shè)置為：通道選擇：通道(1-2)，采樣頻率：50；點擊開始采集按鈕，并選擇菜單中的示波器選項波形模式Chart XY，打開函數(shù)信號發(fā)生器的開關(guān)，輸出正弦波，即可得到X-Y圖：八、VBScript函數(shù)說明1. 初始化函數(shù)：Initialize(arg)調(diào)用方法：sub Initialize(arg)2. 算法運(yùn)行函數(shù)：TakeOneStep (arg)調(diào)用方法：sub TakeOneStep (arg)3. 退出函數(shù)：Finalize (arg)調(diào)用方法：sub Finalize (arg)4. 模擬量輸出函數(shù)：WriteData voltage , channels調(diào)用方法：WriteD

58、ata 0 ,1；此函數(shù)表明模擬量輸出通道DA1輸出0V。5. 模擬量測量函數(shù)：ReadData(channels)調(diào)用方法：ReadData(1)；此函數(shù)表明模擬量采集通道為AD1。6. 數(shù)字量輸出函數(shù)：SetDO sign , channels調(diào)用方法：SetDO TURE，1；此函數(shù)表明數(shù)字量輸出DO1為1；sign的狀態(tài)有TURE和FALSE。7. 轉(zhuǎn)速測量函數(shù)：GetFS調(diào)用方法：GetFS；此函數(shù)用于測量第一通道的輸入信號頻率。九、JScript函數(shù)說明1. 初始化函數(shù)：Initialize(arg)調(diào)用方法：function Initialize(arg)2. 算法運(yùn)行函數(shù)：TakeOneStep (arg)調(diào)用方法：function TakeOneStep (arg)3. 退出函數(shù)：Finalize (arg)調(diào)用方法：function Finalize (arg)4. 模擬量輸出函數(shù)：WriteData （voltage , channels）調(diào)用方法：WriteData （0 ,1）；此函數(shù)表明模擬量輸出通道DA1輸出0V。5. 模擬量測量函數(shù)：ReadData(channels)調(diào)用方法：ReadData(1)；此函數(shù)表明模擬量采集通道為AD1。6. 數(shù)字量輸出函數(shù)：SetDO （sign , channels）調(diào)用