管理信息化OA自动化自动化控制实验报告

管理信息化OA自动化自动化控制实验报告线性系统的时域分析实验一（3.1.1）典型环节的模拟研究一.实验目的1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二．典型环节的结构图及传递函数方框图传递函数比例（P）积分（I）比例积分（PI）比例微分（PD）惯性环节（T）比例积分PID）三．实验内容及步骤观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告运行LABACT自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。1)．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。图3-1-1典型比例环节模拟电路传递函数：；单位阶跃响应：实验步骤：注：‘SST’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT（Ui①在显示与功能选择（D1（矩形波指示灯②量程选择开关S2“设定电位器1”1D1单元③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=4V（D1（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线1Ui）B5（OUT）→A5（H1）2示波器联接A6（OUT）→B3（CH1）3×1档B5（OUT）→B3（CH2）模块号跨接座号1A5S4，S122B5‘S-ST’（3）运行、观察、记录：开始B10→+4VA5B输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t实验报告要求：改变被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。实验结果：.比例环节阶跃响应200K,100K,4V200K,200K,4V50K,100K,2V50K,200K,1V比例系数KR0R1输入Ui计算值测量值200K100K4V0.50.47200K4V10.9950K100K2V22.00200K1V43.992)．观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。图3-1-4典型惯性环节模拟电路传递函数：单位阶跃响应：实验步骤：注：‘SST’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT（Ui①在显示与功能选择（D1（矩形波指示灯②量程选择开关S2“设定电位器1”1D1单元③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=4V（D1（2）构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线1信号输入（Ui）B5（OUT）→A5（H1）2示波器联接A5B（OUTB）→B3（CH1）3×1档B5（OUT）→B3（CH2）模块号跨接座号1A5S4，S6，S102B5‘S-ST’（3）运行、观察、记录：开始B10→+4V0.632得到与输出曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到输出曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。A5B输出端响应曲线Uo(t）见图3-1-3。示波器的截图详见虚拟示波器的使用。实验报告要求：改变被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入实验报告。实验结果：惯性环节阶跃响应200K,200K,1u,4V200K,200K,2u,4V50K,100K,1u,2V50K,200K,1u,1V比例系数K惯性常数TR0R1C输入Ui计算值测量值计算值测量值200K200K1u11.020.20.2104V2u11.010.40.40050K100K2V22.010.10.11u200K1V44.020.20.13)．观察积分环节的阶跃响应曲线典型积分环节模拟电路如图3-1-5所示。图3-1-5典型积分环节模拟电路传递函数：单位阶跃响应：实验步骤：注：‘SST’用短路套短接！（1B5OUT替信号发生器（B1Ui出时，将自动对模拟电路锁零。①在显示与功能选择（D1（矩形波指示灯②量程选择开关S2“设定电位器1”1D1单元③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=1V（D1（2）构造模拟电路：按图3-1-5安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线模块号跨接座号1信号输入（Ui）B5（OUT）→A5（H1）1A5S4，S10（3）运行、2示波器联接A5B（OUTB）→B3（CH1）2B5‘S-ST’观察、记3×1档B5（OUT）→B3（CH2）录：开始停止，移动虚拟示波器横游标到0V处，再移动另一根横游标到ΔV=1V（与输入相等）处，得交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。A5B输出响应曲线Uo(t)。实验报告要求：改变被测系统时间常数，观测结果，填入实验报告。实验结果：积分环节阶跃响应200K,1u200K,2u100K,1u100K,2u积分常数Ti

R0C输入Ui

计算值测量值200K100K1u0.20.22u0.40.41V1u0.10.12u0.20.24)．观察比例积分环节的阶跃响应曲线典型比例积分环节模拟电路如图3-1-8所示.。图3-1-8典型比例积分环节模拟电路传递函数：单位阶跃响应：实验步骤：注：‘SST’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT（Ui①在显示与功能选择（D1（矩形波指示灯②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元零输出宽度时间足够长！“量程选择”开关置于下档时，其零输出宽度恒保持为2秒！）③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=1V（D1（2）构造模拟电路：按图3-1-8安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线1Ui）B5（OUT）→A5（H1）模块号跨接座号2示波器联接A5B（OUTB）→B3（CH1）

1A5S4，S8（3）运3×1档B5（OUT）→B3（CH2）

2B5‘S-ST’行、观察、记录：开始停止。移动虚拟示波器横游标到输入电压×比例系数KK×2）处，得到与积分曲线的两个交点。常数Ti。典型比例积分环节模拟电路A5B输出响应曲线Uo(t)见图3-1-7。示波器的截图详见虚拟示波器的使用。实验报告要求：改变被测系统时间常数及比例系数，观测结果，填入实验报告。实验结果：比例积分环节阶跃响应200K,1u200K,2u100K,1u100K,2u比例系数K积分常数TiR0R1C输入Ui计算值测量值计算值测量值1u11.020.20.19200K2u11.060.40.4100K200K1V1u21.990.20.192u22.070.40.45)．观察比例微分环节的阶跃响应曲线如图3-1-9所示。图3-1-9典型比例微分环节模拟电路比例微分环节+惯性环节的传递函数：微分时间常数：惯性时间常数：单位阶跃响应：实验步骤：注：‘SST’用短路套短接!（1）将函数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R够大的阶跃信号)①在显示与功能选择（D1（矩形波指示灯②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度1秒左右（D1单③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=0.5V（D1（2）构造模拟电路：按图3-1-9安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线模块号跨接座号1信号输入(Ui)B5（OUT）→A4（H1）1A4S4，S92运放级联A4（OUT）→A6（H1）3示波器联接A6（OUT）→B3（CH1）

2A6S2，S64×1档B5（OUT）→B3（CH2）3B5‘S-ST’（3）运行、观察、记录：虚拟示波器的时间量程选‘／4’档。①打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测系统的A6输出端（Uo线见图3-1-10。等待完整波形出来后，把最高端电压（4.77V）减去稳态输出电压（0.5V0.632，得到ΔV=2.7V。②移动虚拟示波器两根横游标，从最高端开始到ΔV=2.7V处为止，得到与微分的指数曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得τ=Δt=0.048S。③已知KD=10，则图3-1-9的比例微分环节模拟电路微分时间常数：实验结果：比例微分环节阶跃响应6)．观察PID（比例积分微分）环节的响应曲线PID（比例积分微分）环节模拟电路如图3-1-11所示。图3-1-11PID（比例积分微分）环节模拟电路典型比例积分环节的传递函数：惯性时间常数：单位阶跃响应：实验步骤：注：‘SST’用短路套短接！（1B5OUT替信号发生器（B1Ui出时将自动对模拟电路锁零。①在显示与功能选择（D1（矩形波指示灯②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度0.4秒左右（D1③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=0.3V（D1（2）构造模拟电路：按图3-1-11安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线1信号输入（Ui）B5（OUT）→A2（H1）2示波器联接A2B（OUTB）→B3（CH1）3×1档B5（OUT）→B3（CH2）模块号跨接座号1A2S4，S82B5‘S-ST’（3）运行、观察、记录：①打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A2B输出端（Uo②等待完整波形出来后，点击停止，移动虚拟示波器两根横游标使之ΔV=Kp×输入电压，得到与积分的曲线的两个交点。③再分别移动示波器两根纵游标到积分的曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti，见图（a④将A2单元的S9短路套套上，点击开始，用示波器观测系统的A2B输出端（Uo），响应曲线见图（b）。等待完整波形出来后，，点击停止，把最高端电压（3.59V）减去稳态输出电压（0.6V=Kp*Ui0.632，得到ΔV=1.88V。⑤V=1.88V=Δt=0.01S⑥已知KD=6，则比例微分环节模拟电路微分时间常数：。实验结果：图（a）比例积分微分环节响应曲线图（b）比例微分环节响应曲线实验二（3.1.2）二阶系统瞬态响应和稳定性一．实验目的1.了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型二阶闭环系统的传递函数标准式。2.研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn程的影响。3.掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mptpts的计算。4.观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp值，并与理论计算值作比对。二．实验原理及说明图3-1-13是典型Ⅰ型二阶单位反馈闭环系统。图3-1-13典型Ⅰ型二阶单位反馈闭环系统Ⅰ型二阶系统的开环传递函数：（3-1-1）Ⅰ型二阶系统的闭环传递函数标准式：（3-1-2）自然频率（无阻尼振荡频率）：阻尼比：（3-1-3）有二阶闭环系统模拟电路如图3-1-14所示。它由积分环节（A2单元）和惯性环节（A3Ti=R1*C1=1秒，惯性时间常数T=R2*C2=0.1秒。图3-1-14Ⅰ型二阶闭环系统模拟电路模拟电路的各环节参数代入式（3-1-1模拟电路的开环传递函数代入式（3-1-2模拟电路的各环节参数代入式（3-1-3K的关系式为：临界阻尼响应：ξ=1，K=2.5，R=40kΩ欠阻尼响应：0<ξ<1，设R=4kΩ，K=25ξ=0.316过阻尼响应：ξ>1，设R=70kΩ，K=1.43ξ=1.32>1计算欠阻尼二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态指标Mp、tp、ts：（K=25、=0.316、=15.8）超调量：峰值时间：调节时间：三．实验内容及步骤1．Ⅰ型二阶闭环系统模拟电路见图3-1-14，改变A3单元中输入电阻R来调整系统的开环增益K，从而改变系统的结构参数，观察阻尼比ξ对该系统的过渡过程的影响。2．改变被测系统的各项电路参数，计算和测量被测对象的临界阻尼的增益K验报告。3Mptp，填入实验报告，並画出阶跃响应曲线。实验步骤：注：‘SST’用“短路套”短接！（1）将函数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R足够大的阶跃信号)①在显示与功能选择（D1（矩形波指示灯②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度≥3秒（D1单元③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=3V（D1（2）构造模拟电路：按图3-1-14安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线模块号跨接座号1A1S4，S82A2S2，S11，S123A3S8，S104A6S2，S65B5‘S-ST’1信号输入B5（OUT）→A1（H1）r(t)2运放级联A1（OUT）→A2（H1）3运放级联A2A（OUTA）→A3（H1）4负反馈A3（OUT）→A1（H2）

（3）运行、观察、记录：5运放级联A3（OUT）→A6（H1）

①运行LABACT自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的二阶典型系统瞬态响应和稳定性实验项目就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟B3CH1测孔测量波形。跨接元件4K、元件库A11中直读式可640K、70K变电阻跨接到A3（H1）7和（IN）之间8示波器联接A6（OUT）→B3（CH1）9×1档B5（OUT）→B3（CH2）也可选用普通示波器观测实验结果。②分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到4K、40K、70K，等待完整波形出来后，点击用示波器观察在三种增益K下，A6输出端C(t)响应曲线。（a）0<ξ<1欠阻尼阶跃响应曲线（4K）（b）ξ=1临界阻尼阶跃响应曲线(40K)（c）ξ>1过阻尼阶跃响应曲线(70K)Ⅰ型二阶系统在三种情况下的阶跃响应曲线四．实验报告要求：按下表改变图3-1-13所示的实验被测系统，画出系统模拟电路图。调整输入矩形波宽度≥3秒，电压幅度=3V。⑴计算和观察被测对象的临界阻尼的增益K，填入实验报告。1#0.11#0.21#0.50.5#0.10.2#0.1积分常数Ti惯性常数T增益K计算值0.1110.20.50.30.30.510.10.21⑵画出阶跃响应曲线，测量超调量Mp，峰值时间tp前必须计算出）25#0.1#120#0.1#125#0.3#120#0.1#0.520#0.1#0.240#0.1#0.2增益惯性常数积分常数自然频率阻尼比超调量Mp(%)峰值时间tPK（A3）T（A3）Ti（A2）ωn计算值ξ计算值计算值测量值计算值测量值351.0.210.115.80.31637.10.22250.2111.20.22448.5337.10.290.230.39.10.18356.059.00.350.36200.10.5200.2544.435.90.160.18400.231.60.544.70.1116.361.570.664.10.110.120.070.08注：在另行构建实验被测系统时，要仔细观察实验被测系统中各环节的输出，不能有限幅现象（－10V≤输出幅度≤＋10V3-1-14的Ⅰ型二阶闭环系统模拟电路中，把惯性环节和积分环节的位置互换（跨接元件4K10V统电源电压为±12V，产生了限幅现象，影响了实验效果。线性控制系统的频域分析实验三（3.2.1）频率特性测试一．实验目的1．了解线性系统频率特性的基本概念。2．了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）的构造及绘制方法。二．实验原理及说明频域分析法是应用频率特性研究线性系统的一种经典方法。它以控制系统的频率特性作为数学模型，以波德图或其他图表作为分析工具，来研究和分析控制系统的动态性能与稳态性能。波德图又因此被广泛地应用于控制系统分析时的作图。对数频率特性曲线的横坐标统一为角频率ωdec弧度/秒[rad/s]。对数幅频特性曲线的纵坐标表示对数幅频特性的函数值，为均匀分度，单位是分贝[dB]。对数相频特性曲线的纵坐标表示相频特性的函数值，为均匀分度，单位是度[°]。一阶惯性环节的传递函数：其幅频特性：相频特性：对数幅频特性定义为：三．实验内容及步骤被测系统是一阶惯性的模拟电路图见图3-2-1，观测被测系统的幅频特性和相频特性，填入实验报告，並在对数座标纸上画出幅频特性和相频特性曲线。图3-2-1被测系统（一阶惯性）的模拟电路图实验步骤：（1）将函数发生器（B5）单元的正弦波输出作为系统输入。①在显示与功能选择（D1（正弦波指示灯②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器2”，使之正弦波频率为8Hz（D1单元③调节B5单元的“正弦波调幅电位器，使之正弦波振幅值输出为2V左右（D1单元（2）构造模拟电路：按图3-2-1安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线1信号输入B5（SIN）→A3（H1）模块号跨接座号2运放级联A3（OUT）→A6（H1）

1A3S1，S7，S93示波器联B5（SIN）→B3（CH1）

2A6S2，S64接×1档A6（OUT）→B3（CH2）（3）运行、观察、记录：①运行LABACT自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析实验项目，选择时域分析，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观察波形，应避免系统进入非线性状态。②点击停止3-2-28Hz为2V时截出，其输入和输出的相位差为44度，增益为20lg（3/2.15）=+2.89dB。正弦波信号频率为8Hz时的响应曲线示波器的截图详见虚拟示波器的使用。四．实验报告要求：输入振幅为2V，按下表改变实验被测系统正弦波输入频率：观测幅频特性和相频特性，填入实验报告。並在对数座标纸上画出幅频特性、相频特性曲线。20Hz16Hz12.5Hz9.6Hz8Hz6.4Hz4.5Hz3.2Hz1.6Hz0.5Hz1Hz输入频率幅频特性相频特性Hz计算值测量值计算值测量值0.56.0035.973-3.6515.9525.542-7.271.65.8485.862-11.4123.25.3695.057-21.9204.54.8154.526-29.5336.43.8543.723-38.83882.9872.651-45.2449.62.1191.781-50.35612.50.6210.299-57.55716-1.005-1.494-63.56620-2.622-3.075-68.372思考题：把图3-2-6所示的二阶闭环系统作为被测系统，观测系统的闭环幅频特性和相频特性，填入实验报告。並画出系统的闭环幅频特性、相频特性曲线。注：在另行构建实验被测系统时，要求其系统输出振幅不得大于5V。注：在另行构建实验被测系统时，要仔细观察实验被测系统中各环节的输出，不能有限幅现象（－10V≤输出振幅≤＋10V例如：在图3-2-6的Ⅰ型二阶闭环系统模拟电路中，把惯性环节和积分环节的位置互换（跨接元件4K然。因为，当被测系统的正弦波输入信号为1V，在某个频率时，在该被测10V±12V，产生了限幅现象，影响了实验效果。3.2.2一阶惯性环节的频率特性曲线一．实验目的123及绘制方法。二．实验原理及说明频域分析法是应用频率特性研究线性系统的一种经典方法。它以控制系统的频率特性作为数学模型，以波德图或其他图表作为分析工具，来研究和分析控制系统的动态性能与稳态性能。1．波德图：波德图又被广泛地应用于控制系统分析时的作图。对数频率特性曲线的横坐标统一为角频率ωdec弧度/秒[rad/s]。对数幅频特性曲线的纵坐标表示对数幅频特性的函数值，为均匀分度，单位是分贝[dB]。对数相频特性曲线的纵坐标表示相频特性的函数值，为均匀分度，单位是度[°]。对数幅频特性定义为：（3-2-1）2．极坐标图：看成参变量，当ω从0→∞时将频率特性的幅频和相频特性或实频和虚频特性同时表示在复数平面上。实频特性定义为：（3-2-2）虚频特性定义为：（3-2-3）三．实验内容及步骤惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-3系统模拟电路图，及频率特性曲线，並计算和测量其转折频率，填入实验报告。图3-2-3惯性环节的频率特性测试电路图3-2-3电路的增益K=2，惯性时间常数T=0.02秒，转折频率ω=1/T=50rad/s。实验步骤：（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。（2）构造模拟电路：按图3-2-3安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线1信号输入B2（OUT2）→A3（H1）模块号跨接座号2运放级联A3（OUT）→A6（H1）（3）

1A3S1，S7，S92A6S2，S63A6（OUT）→A8（CIN1）相位测量4A8（COUT1）→B8（IRQ6）运行、观察、记录：5幅值测量A6（OUT）→B7（IN4）①运行LABACT择自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析实验项目，选择一阶系统，就会弹出‘频率特性扫描点设置’表，见图3-2-7，在该表中用户可根据自己的需要填入各个扫描点（本实验机选取的频率值f0.1Hz某个扫描点的角频率ω、幅频特性L(ω)或相频特性φ(ω)，则可在该表的扫描点上‘确认’后将弹出虚拟示波器的频率特性界面，点击开始，即可按‘频率特性扫描点设置’表，实现频率特性测试。选择框中的任意一项进行切换，将显示被测系统的对数幅频、相频曲线(伯德图)和幅相曲线(奈奎斯特图)，见图3-2-4。示波器的截图详见虚拟示波器的使用。③显示该系统用户点取的频率点的ω、LIm、Re实验机在测试频率特性结束后，将提示用户用鼠标直接在幅频或相频特性曲线的界f0.1Hzf、LImRe相关数据，同时在曲线上打‘十字标记。(a)对数幅频曲线（Bode图）（b）对数相频曲线（Bode图）转折频率ω=1/T（c）幅相曲线（Nyquist曲线）被测系统的开环对数幅频曲线、相频曲线及幅相曲线示波器的截图详见虚拟示波器的使用。四．实验报告要求：按下表改变图3-2-3所示的实验被测系统：改变惯性时间常数T（改变模拟单元A3的反馈电容C画出其系统模拟电路图，在实验报告空白处填上转折频率（）测量值和计算值。T=0.1对数幅频曲线（Bode图）T=0.1对数相频曲线（Bode图）转折频率ω=1/TT=0.2对数幅频曲线（Bode图）T=0.2对数相频曲线（Bode图）T=0.3对数幅频曲线（Bode图）T=0.3对数相频曲线（Bode图）转折频率

惯性时间常数T实测值计算值0.19.7400.24.350.34.23.3注：在另行构建实验被测系统时，要求其系统输出振幅不得大于5V。3.3线性系统的校正与状态反馈控制系统的校正与状态反馈就是在被控对象已确定，在给定性能指标的前提下，要求设计者选择控制器（校正网络）的结构和参数，使控制器和被控对象组成一个性能满足指标要求的系统。3.3.1频域法串联超前校正频域法校正主要是通过对被控对象的开环对数幅频特性和相频特性（波德图）观察和分析实现的。一．实验目的1．了解和掌握超前校正的原理。2计算。3方法。二．实验原理及说明超前校正的原理是利用超前校正网络的相角超前特性，使中频段斜率由-40dB/dec变为-20dB/dec并占据较大的频率范围，从而使系统相角裕度增大，动态过程超调量下降；并使系统开环截止频率增大，从而使闭环系统带宽也增大，响应速度也加快。超前校正网络的电路图及伯德图见图3-3-1。图3-3-1超前校正网络的电路图及伯德图超前校正网络传递函数为：（3-3-1）3-3-2）在设计超前校正网络时，应使网络的最大超前相位角尽可能出现在校正后的系统的幅值穿越频率ωc′处，即ωm=ωc′。网络的最大超前相位角为：或为：（3-3-3）处的对数幅频值为：（3-3-4）网络的最大超前角频率为：（3-3-5）3-3-1a了保持与系统未校正前的开环增益相一致，接入超前校正网络后，必须另行提高系统的开环增益a倍来补偿。三．实验内容及步骤1．观测被控系统的开环对数幅频特性和相频特性，幅值穿越频率ωc，相位裕度γ，按“校正后系统的相位裕度γ′”要求,设计校正参数，构建校正后系统。2Mp、峰值时间tP。3．改变“校正后系统的相位裕度γ′”要求,设计校正参数，构建校正后系统，画出其系统模拟电路图和阶跃响应曲线，观测校正后相位裕度γ′、超调量Mp、峰值时间tP填入实验报告。注：在进行本实验前应熟练掌握使用本实验机的二阶系统开环对数幅频特性和相频特性的测试方法。1．未校正系统的时域特性的测试未校正系统模拟电路图见图3-3-2。本实验将函数发生器（B5）单元作为信号发OUT输出施加于被测系统的输入端UiOUT从0V阶跃+2.5V时被测系统的时域特性。图3-3-2未校正系统模拟电路图图3-3-2未校正系统的开环传递函数为：实验步骤：注：‘SST’用“短路套”短接！（1）将函数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R够大的阶跃信号)①在显示与功能选择（D1（矩形波指示灯②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度≥3秒（D1单元③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=2.5V（D1（2）构造模拟电路：按图3-3-2安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线模块号跨接座号1信号输入B5（OUT）→A1（H1）1A1S4，S8r(t)2A2S3，S112运放级联A1（OUT）→A2（H1）3A3S1，S63运放级联A2A（OUTA）→A6（H1）4A6S4，S8，S94负反馈A6（OUT）→A1（H2）5B5‘S-ST’5运放级联A6（OUT）→A3（H1）6示波器联接A3（OUT）→B3（CH1）（3）运行、观察、记录：7×1档B5（OUT）→B3（CH2）①运行LABACT自动控制菜单下的“线性系统的校正和状态反馈实验项目选中“线性系统的校正”项，弹出线性系统的校正的界面，点击开始，用虚拟示波器CH1观察系统输出信号。②观察OUT从0V阶跃+2.5V时被测系统的时域特性，被测系统输出的时域特性曲线见图3-3-3，等待一个完整的波形出来后，点击停止，然后移动游标测量其超调量、峰值时间及调节时间。未校正系统的时域特性曲线在未校正系统的时域特性特性曲线上可测得时域特性：超调量Mp=56.4%峰值时间tp=0.32秒调节时间ts=1.8S(△=5时)示波器的截图详见虚拟示波器的使用。2．未校正系统的频域特性的测试本实验将数/B2扫描点设置表规定的频率值，按序自动产生多种频率信号，OUT2输出施加于被测系统的输入端r(t)相关运算后在虚拟示波器中显示。未校正系统频域特性测试的模拟电路图见图3-3-4。图3-3-4未校正系统频域特性测试的模拟电路图实验步骤：（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。（2）构造模拟电路：按图3-3-4安置短路套及测孔联线表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线模块号跨接座号1信号输入B2（OUT2）→A1（H1）r(t)2运放级联A1（OUT）→A2（H1）

3运放级联A2A（OUTA）→A6（H1）

4负反馈A6（OUT）→A1（H2）

5运放级联A6（OUT）→A3（H1）

6幅值测量A3（OUT）→B7（IN4）7A3（OUT）→A8（CIN1）相位测量8A8（COUT1）→B8（IRQ6）1A1S4，S82A2S3，S113A3S1，S64A6S4，S8，S95B5‘S-ST’（3）运行、观察、记录：将数/B2OUT2作为被测系统的输入，运行LABACT程序，在界面的自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析实验项目，选择二阶系统，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始，则进行频率特性测试。详见第3.2节《线性控制系统的图3-3-4的被测二阶系统的开环对数幅频、相频曲线见图3-3-5和图3-3-6所示。校正前穿越频率ωc未校正系统开环幅频特性曲线可以根据‘十字标记’测得系统的幅值穿越频率ωc，见图3-3-5，其穿越频率ωc=9.4rad/s。再在未校正系统开环相频特性曲线上，根据‘十字标记测得系统的相位角，见图3-3-6。未校正系统的开环相频特性曲线校正前穿越频率ωc穿越频率ωc=9.4rad/s，相位裕度γ=18.9°示波器的截图详见虚拟示波器的使用。3．超前校正网络的设计①在未校正系统模拟电路的开环相频特性曲线（图3-3-5）上测得未校正系统的相位裕度。②如果设计要求校正后系统的相位裕度，则网络的最大超前相位角必须为：其中△为考虑到时，所需減的角度，一般取5°~10°。③据式3-3-3可计算出网络的参数：④据式3-3-4可计算出网络的最大超前相位角处的对数幅频值为：⑤在未校正系统开环对数幅频曲线上，用鼠标在曲线处点击一下，待检测完成后，就可以根据‘十字标记，可测得系统在时的角频率=14.4rad/s3-3-5率应是网络的最大超前角频率，这亦是串联超前校正后系统的零分贝频率。⑥据式3-3-5可计算出计算串联超前校正网络参数：，⑦据式3-3-2令C=1u，计算出：R4=155K，R5=38.7K超前校正网络传递函数为：（3-3-7）⑧为了补偿接入超前校正网络后，被校正系统的开环增益要下降a倍，必须另行提高系统的开环增益增益a倍。因为a=5，所以校正后系统另行串入开环增益应等于5的运放A5。4、串联超前校正后系统的频域特性的测试串联超前校正后系统频域特性测试的模拟电路图见图3-3-7。图3-3-7（a）串联超前校正后系统频域特性测试的模拟电路图图3-3-7（b）校正网络（部分）连线示意图图3-3-7（a）串联超前校正后系统的传递函数为：实验步骤：（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。（2）构造模拟电路：按图3-3-7（a3-3-7（b）安置短路套与测孔联线表如下。（ab）测孔1信号输入B2（OUT2）→A1（H1）联线r(t)模块号跨接座号2运放级联A2A（OUTA）→A6（H1）（3）运1A1S4，S83负反馈A6（OUT）→A1（H2）行、观2A2S3，S114运放级联A6（OUT）→A3（H1）察、记3A3S1，S65幅值测量A3（OUT）→B7（IN4）录：4A5S3，S76A3（OUT）→A8（CIN1）运行程5A6S4，S8，S9相位测量7A8（COUT1）→B8（IRQ6）序同6B5‘S-ST’8跨接元件元件库A11中可变电阻跨接到《2．未7A10S1/9（155K）A1（OUT）和A10（IN+）之间校正系校正网络：图3-3-7（a）的串联超前校正后系统的开环对数幅频、相10/11跨接元件（1u）元件库A11中可变电阻跨接到A1（OUT）和A10（IN+）之间参见图3-3-7(b)12频曲线。在校正后系统开环对跨接元件元件库A11中可变电阻跨接到/1（38.7K）A10（IN+）和GND之间314运放级联A10（OUT）→A5（H1）根据‘十字标记测得系校正后15运放级联A5B（OUTB）→A2（H1）系统的幅值穿越频率ωc3-3-8ωc=14.45rad/s字标记’测得系统的相位角，见图3-3-9，其相位裕度。图3-3-8串联超前校正后系统的开环对数幅频曲线校正后穿越频率ωc＇图3-3-9串联超前校正后系统的开环对数相频曲线在串联超前校正后的相频特性曲线上可测得串联超前校正后系统的频域特性：穿越频率ωc=14.45rad/s，相54.5°校正后测试结果表明符合设计要求。相位裕度γ示波器的截图详见虚拟示波器的使用。5、串联超前校正系统的时域特性的测试串联超前校正后系统时域特性测试的模拟电路图见图3-3-10。图3-3-10串联超前校正后系统时域特性测试的模拟电路图实验步骤：注：‘SST’用“短路套”短接！（1）将函数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R够大的阶跃信号)①在显示与功能选择（D1（矩形波指示灯②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度≥3秒（D1单元③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=2.5V（D1（2）构造模拟电路：按图3-3-10安置短路套与测孔联线按下表。（a）安置短路套（b）测孔联线1信号输入B5（OUT）→A1（H1）模块号跨接座号r(t)1A1S4，S8（3）运2A2S3，S11行、观2运放级联A10（OUT）→A5（H1）3A3S1，S6察