南昌大学自动控制原理实验报告(共30页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上自动控制原理实验报告实验项目：自动控制原理实验专业班级：学 号： 学生姓名： 专心-专注-专业目录实验一 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的时域表达式。 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、 典型环节的方块图及传递函数表达式 典型环节名称方 块 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）比例积分微分（PID）三、 实验仪器LABACT自控原理试验机一台，装有虚拟示波器程序的计算机一台，导线若干四、实验内容及步骤 1）观察比

2、例环节的阶跃响应曲线 1.在主实验板上，用信号发生器的“阶跃信号输出”和“幅度控制电位器”构造输入信号Ui。 2.根据实验书上的比例环节模拟电路图接线，构造模拟电路。 3.打开虚拟示波器的界面，点击开始，运行、观察输出端Uo的实际响应曲线，改变比例系数，重新观测结果，并记录数据。 2）观察惯性环节的阶跃响应曲线 1.在主实验板上，用信号发生器的“阶跃信号输出”和“幅度控制电位器”构造输入信号Ui。 2.根据实验书上的惯性环节模拟电路图接线，构造模拟电路。 3.打开虚拟示波器的界面，点击开始，运行、观察输出端Uo的实际响应曲线。 4.移动虚拟示波器横游标到4V*0.632处，得到与惯性的曲线的交

3、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，量的惯性关节模拟电路时间常数T。 5.改变时间常数T以及比例系数K,重新观测结果，并记录数据。3）观察积分环节的阶跃响应曲线 1.为了避免积分饱和，在主实验板上，用函数发生器所产生的周期性矩形波信号代替信号发生器中的人工阶跃信号作为信号输入Ui，该信号为0输出时，将自动对模拟电路锁零。 2.根据实验书上的积分环节模拟电路图接线，构造模拟电路。 3.打开虚拟示波器的界面，点击开始，观测波形。 4.待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V处，再移动另一根横游标到1V处，得到与积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的

4、交点，量的惯性关节模拟电路时间常数Ti。 5.改变时间常数Ti，重新观测结果，并记录数据。4）观察比例积分环节的阶跃响应曲线 1.为了避免积分饱和，在主实验板上，用函数发生器所产生的周期性矩形波信号代替信号发生器中的人工阶跃信号作为信号输入Ui，该信号为0输出时，将自动对模拟电路锁零。 2.根据实验书上的比例积分环节模拟电路图接线，构造模拟电路。 3.打开虚拟示波器的界面，点击开始，观测波形。 4.待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到1V处，再移动另一根横游标到Kp*输入电压处，得到与积分曲线的两个交点，再移动虚拟示波器两根纵游标到两个交点，量的比例积分环节模拟电路时间常数Ti。 5.改变

5、时间常数Ti及比例系数K，重新观测结果，并记录数据。5）观察比例微分环节的阶跃响应曲线 1.将函数信号发生器的矩形波输出作为输入信号Ui. 2.根据实验书上的比例微分环节模拟电路图接线，构造模拟电路。 3.打开虚拟示波器的界面，点击开始，观测波形。 4.待完整波形出来后，移动虚拟示波器两根横游标，从最高端开始到V=2.7V处为止，得到与微分曲线的交点，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t。五、 实验结果1）比例环节的阶跃响应曲线 2）惯性环节的阶跃响应曲线 3）积分环节的阶跃响应曲线 4）比例积分环节的阶跃响应曲线5）比例微分环节的积分响应曲线 六、 实验心得及总结通过本

6、次实验，加深了我对典型环节的理解，并且对典型环节的阶跃响应有了比较直观的理解。同时，也掌握了虚拟示波器的基本用法，并对课本上的知识有了更进一步的掌握，增加了我对自动控制原理一课的兴趣。实验二 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型二阶闭环系统的递函数标准式。 2.研究型二阶闭环系统的结构参数-无阻尼振荡频率n、阻尼比对过渡过程的影响。3.掌握欠阻尼型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts的计算。4.观察和分析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、ts值，并与理论计算

7、值作比对二、实验仪器 LABACT自控原理试验机一台，装有虚拟示波器程序的计算机一台，导线若干三、实验内容及步骤本实验用于观察和分析单位阶跃二阶系统瞬态响应和稳定性。开环传递函数：闭环传递函数标准式：自然频率（无阻尼振荡频率）： 阻尼比：超调量 ：峰值时间： 有二阶闭环系统模拟电路如图一所示。它由积分环节（A2）和惯性环节（A3）构成。图一 型二阶闭环系统模拟电路图一的二阶系统模拟电路的各环节参数及系统的传递函数：积分环节（A2单元）的时间积分常数Ti=R1*C1=1S 惯性环节（A3单元）的惯性时间常数 T=R2*C2=0.1S该闭环系统在A3单元中改变输入电阻R来调整增益K，R分别设定为

8、4k、40k、100k 。当R=100k， K=1 =1.58 1 为过阻尼响应， 当R=40k， K=2.5 =1 为临界阻尼响应， 当R=4k， K=25 =0.316 01 为欠阻尼响应。 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的计算：（ K=25、=0.316、=15.8）（1）用信号发生器的阶跃信号输出 和幅度控制电位器构造输入信号Ui。（2）按照实验书上的I型二阶闭环系统的模拟电路图接线，构造模拟电路。（3）打开虚拟示波器的界面，点击开始，运行、观察输出端Uo的实际响应曲线。 （4）分别改变比例系数K，惯性时间常数T，积分时间常数Ti，重新观测结果，并记录数据

9、。四、实验结果1.改变比例系数K理论值和实际值表一输出端C(t)的系统阶跃响应：分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到 4K、40K、100K，用示波器观察在三种增益K下，A6 输出端 C(t)的系统阶跃响应，分别见下图：图二 R=4K图三R=40K 图四 100K2.改变时间积分常数 Ti实验值和理论值惯性时间常数T=0.1，惯性环节增益 K=25，R=4K，C2=1u，重新观测结果，记录超调量 MP，峰值时间 tp和调节时间 ts，见下表:Ti Mp% tp/s ts/s计算值测量值计算值测量值计算值测量值0.548.57420.1440.180.5990.62135.1235.50.2

10、10.220.6010.73实验图图五 Ti=0.5,T=0.1,R=4K图六 Ti=13.改变惯性时间常数 T实验值和理论值时间积分常数 Ti=1，惯性环节增益 K=25，R=4K，C1=2u，重新观测结果， 记录超调量 MP，峰值时间 tp和调节时间 ts，见表三。Ti=1,R=4K,C1=2u,K=25T Mp% tp/s ts/s计算值测量值计算值测量值计算值测量值0.248.6445.50.28830.281.21.24135.1235.50.210.220.6010.73实验图图七T=0.1图八 T=0.2五、实验心得及总结通过本次实验，我对二阶系统有了一个更加清晰的了解，同时，也

11、掌握了无阻尼振荡角频率和阻尼比对二阶系统响应的影响。掌握了二阶系统的阶跃响应的暂态性能各项性能指标的计算及其物理意义。实验三 三阶系统的瞬态响应和稳定性一、 实验目的 1.了解和掌握典型三阶系统模拟电路的构成方法及型三阶系统的传递函数表达式。 2.熟悉劳斯（ROUTH）判据使用方法。 3.应用劳斯（ROUTH）判据，观察和分析型三阶系统在阶跃信号输入时，系统的稳定、临界稳定及不稳定三种瞬态响应。二、 实验仪器 LABACT自控原理试验机一台，装有虚拟示波器程序的计算机一台，导线若干三实验内容及步骤实验电路图本实验用于观察和分析三阶系统瞬态响应和稳定性。型三阶闭环系统模拟电路如图3-1-8所示。

12、它由积分环节（A2）、惯性环节（A3和A5）构成。型三阶闭环系统模拟电路图图一的型三阶闭环系统模拟电路的各环节参数及系统的传递函数：积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=1S，惯性环节（A3单元）的惯性时间常数 T1=R3*C2=0.1S， K1=R3/R2=1惯性环节（A5单元）的惯性时间常数 T2=R4*C3=0.5S，K2=R4/R=500k/R该系统在A5单元中改变输入电阻R来调整增益K，R分别为 30K、41.7K、100K 。闭环系统的特征方程为： 特征方程标准式： 由ROUTH 判据，得型三阶闭环系统模拟电路图见图一，分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到30K、

13、41.7K、100K，跨接到A5单元（H1）和（IN）之间，改变系统开环增益进行实验。实验步骤(1)用信号发生器的阶跃信号输出 和幅度控制电位器构造输入信号Ui。(2)根据模拟电路图接线，构造模拟电路。(3)打开虚拟示波器的界面，点击开始，运行、观察输出端Uo的实际响应曲线。（4）改变时间常数，重新观测结果，并记录数据。四、实验结果图一R=100k C2=C3=1u图二R=41.7k C2=C3=1uf图三 R=30k C2=C3=1uf图四 R=100k C2=2uf C3=1uf图五 R=41.7k C2=2uf C3=1uf图六 R=30.0k C2=2uf C2=1uf图七 R=100

14、k C2=1uf C3=2uf图八R=41.7k C2=1uf C3=2uf五、实验总结及心得通过本次实验，我掌握了典型三阶系统模拟电路的构成方法及型三阶系统的传递函数表达式。熟悉了劳斯判据的使用方法。学会了应用劳斯判据观察和分析型三阶系统在阶跃信号输入时，系统的稳定、临界稳定及不稳定三种瞬态响应。使我们对劳斯判据的运用更加的灵活。实验四 一阶惯性环节的频率特性曲线一、实验要求了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。二、实验仪器LABACT自控原理试验机一台，装有虚拟示波器程序的计算机一台，导线若干三、实验内容及步骤 本实验用于观察和分析一阶惯性环节

15、的频率特性曲线。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。本实验将数/模转换器（B2）单元作为信号发生器，自动产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化（0.5Hz64Hz），OUT2输出施加于被测系统的输入端r(t)，然后分别测量被测系统的输出信号的对数幅值和相位，数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-1。图3-2-1 惯性环节的频率特性测试电路实验步骤：（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-

16、2-1安置短路套及测孔联线。（3）运行、观察、记录： 运行LABACT程序，选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，就会弹出虚拟示波器的频率特性界面，点击开始，实验机将自动产生0.5Hz64Hz多个频率信号，测试被测系统的频率特性，等待将近十分钟，测试结束。 测试结束后，可点击界面下方的“频率特性”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、相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特图），同时在界面上方将显示该系统用户点取的频率点的L、Im、Re等相关数据。点击停止后，将停止示波器运行。 改变惯性环节开环增益：改变A6的输入电阻R=50K、100K、2

17、00K。C=1u，R2=50K（T=0.05）。改变惯性环节时间常数：改变A6的反馈电容C2=1u、2u、3u。R1=50K、R2=50K（K=1）注：本实验要求惯性环节开环增益不能大于1。四、实验结果(1)R=5K欧 C = 1U幅频特性 相频特性幅相特性(2)R = 100K欧C = 1U幅相特性 相频特性幅相特性曲线五、实验总结及心得通过这次实验，我掌握了使用一阶惯性环节的频率特性曲线的画法，同时也掌握了一节惯性环节频率特性的特点，对其有了直观的了。进一步的加深了我对书本上相关知识的理解。实验五 二阶闭环系统的频率特性曲线一、实验目的1.了解和掌握二阶闭环系统中对数幅频特性和相频特性实频

18、特性和虚频特性的计算。2.了解和掌握欠阻尼二阶闭环系统中的自然频率、阻尼比对谐振频率和谐振峰值的影响及和的计算。3.观察和分析欠阻尼二阶开环系统的谐振频率、谐振峰值，并与理论计算值作比对。二、实验仪器 LABACT自控原理试验机一台，装有虚拟示波器程序的计算机一台，导线若干三、实验步骤本实验用于观察和分析二阶开环系统的频率特性曲线。由于型系统含有一个积分环节，它在开环时响应曲线是发散的，因此欲获得其开环频率特性时，还是需构建成闭环系统，测试其闭环频率特性，然后通过公式换算，获得其开环频率特性。 计算欠阻尼二阶闭环系统中的幅值穿越频率c、相位裕度：幅值穿越频率： 相位裕度： 值越小，Mp%越大，

19、振荡越厉害；值越大，Mp%小，调节时间ts越长，因此为使二阶闭环系统不致于振荡太厉害及调节时间太长，一般希望：3070 c =14.186 =34.93 本实验所构成的二阶系统符合要求，被测系统模拟电路图的构成如图1所示（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：安置短路套及测孔联线表（3）运行、观察、记录：图一 二阶闭环系统频率特性测试电路积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=1S， 惯性环节（A3单元）的惯性时间常数 T=R3*C2=0.1S，开环增益K=R3/R。设开环增益K=25（R=4K）四、 实验结果改变惯性环节开环增益：改变模拟单

20、元A3的输入电阻理论值和实测值分别如下表一和表二所示：理论计算值RKWnWrL(Wr)10k10100.57.071.254k2515.80.31614.134.442k5022.360.22421.217.2表一实测值RImReWrL(Wr)10k-55.3-0.930.646.911.044k-63.7-1.440.7113.194.122k-69.5-2.060.7720.116.85表二实验图图二 R=10k 图三 R=4K 图四 R=2k改变惯性环节时间常数实验结果改变模拟单元A3的反馈电容理论值和实测值分别如下表3和表4所示:C2TWnWrL(Wr)10.115.810.31614

21、.144.4420.211.180.22410.67.230.39.130.1838.828.88表六C2ImReWrL(Wr)1-63.7-1.440.7113.194.122-56.5-1.741.159.426.43-63.2-2.291.168.178.19表七实验图图五（C2=1）图六（C2=2）图七（C2=3）实验结果改变积分环节时间常数：改变模拟单元A3的反馈电容理论值和实测值分别如下表十一和表十二所示：C1TiWnWrL(Wr)10.522.360.22421.217.22115.810.31614.144.44表十一C1ImReWrL(Wr)1-66.1-2.020.920.

22、116.92-63.7-1.440.7113.194.12表十二实验图图八（C1=1）图九（C2=1）五、实验总结及心得通过本次实验了解和掌握二阶闭环系统中对数幅频特性和相频特性实频特性和虚频特性的计算。了解和掌握欠阻尼二阶闭环系统中的自然频率、阻尼比对谐振频率和谐振峰值的影响及和的计算。实验六二阶开环系统的频率特性曲线一、 实验目的1.研究表征系统稳定程度的相位裕度和幅值穿越频率对系统的影响。2.了解和掌握二阶开环系统中的对数幅频特性和相频特性，实频特性 和虚频特性的计算。3.了解和掌握欠阻尼二阶开环系统中的相位裕度和幅值穿越频率的计算。4观察和分析欠阻尼二阶开环系统波德图中的相位裕度和幅值

23、穿越频率c，与计算值作比对。二、实验仪器LABACT自控原理试验机一台，装有虚拟示波器程序的计算机一台，导线若干三实验内容及步骤本实验用于观察和分析二阶开环系统的频率特性曲线。由于型系统含有一个积分环节，它在开环时响应曲线是发散的，因此欲获得其开环频率特性时，还是需构建成闭环系统，测试其闭环频率特性，然后通过公式换算，获得其开环频率特性。 计算欠阻尼二阶闭环系统中的幅值穿越频率c、相位裕度：幅值穿越频率:相位裕度:值越小，Mp%越大，振荡越厉害；值越大，Mp%小，调节时间ts越长，因此为使二阶闭环系统不致于振荡太厉害及调节时间太长，一般希望：3070 本实验以第3.2.2节二阶闭环系统频率特性

24、曲线为例，得：c =14.186 =34.93 被测系统模拟电路图的构成如图3-2-2所示。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：安置短路套及测孔联线如图一。（3）运行、观察、记录图一 二阶开环系统频率特性测试电路四、实验结果实验结果改变惯性环节开环增益：改变模拟单元A3的输入电阻理论值和实测值分别如下表一和表二所示：理论计算值RKWnWc10k10100.57.8651.84k2515.80.31614.1334.92k5022.360.22421.2725.2表一实测值RImReWc10k-120.3-0.97-0.576.9159.74

25、k-144.2-0.59-0.8113.8235.82k-153.7-0.46-0.9420.1126.3表二实验图图二（R=10K）图三（R=4K）图四（R=2K）改变惯性环节时间常数：实验结果改变模拟单元A3的反馈电容理论值和实测值分别如下表6和表7所示：C2TWnWc10.115.810.31614.334.920.211.180.22410.621.2730.39.130.1839.020.73表六C2ImReWc1-144.2-0.59-0.8113.8235.82-142.6-0.66-0.8313.1937.43-154.5-0.44-0.9210.0525.5表七实验图图五（C

26、2=1）图六（C2=2）图七（C2=3）实验结果改变积分环节时间常数：改变模拟单元A3的反馈电容理论值和实测值分别如下表十一和表十二所示：C1TiWnWc10.522.360.22416.6921.272115.810.31614.334.9C1ImReWc1-153.7-0.47-0.9520.1126.32-144.2-0.59-0.8113.8233.8表十二实验图图八（C1=1）图九（C1=2）五、实验总结及心得通过本次实验，我们掌握了对表征系统稳定程度的相位裕度和幅值穿越频率的计算。通过实验我们了解了值越小,Mp%越大,振荡越厉害;值越大,Mp%小,调节时间ts越长,因此为使二阶闭环

27、系统不致于振荡太厉害及调节时间太长。通过本次实验，对课本的知识更加的充分理解。实验七频域法串联超前校正一、实验目的1了解和掌握二阶系统中的闭环和开环对数幅频特性和相频特性（波德图）的构造及绘制方法。2了解和掌握超前校正的原理，及超前校正网络的参数的计算。3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。4观察和分析系统未校正和串联超前校正后的开环对数幅频特性和相频特性，幅值穿越频率处c，相位裕度，并与理论计算值作比对。二、实验仪器LABACT自控原理试验机一台，装有虚拟示波器程序的计算机一台，导线若干三、实验内容及步骤本实验用于观察和分析引入频域法串联超前校正网络后的二阶系

28、统瞬态响应和稳定性。未校正系统的时域特性的测试未校正系统模拟电路图图一 未校正系统模拟电路图图一未校正系统的开环传递函数为：模拟电路的各环节参数：积分环节（A5单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=0.2S， 惯性环节（A6单元）的惯性时间常数 T=R2*C2=0.3S， 开环增益K=R2/R3=6。实验步骤（1）将函数发生器单元的矩形波输出作为系统输入Ui。（连续的正输出宽度足够大的阶跃信号)（2）按照上图电路接线，构造模拟电路。（3）打开虚拟示波器的界面，点击开始，运行、观察输出端Uo的实际响应曲线。（4）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。在未

29、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=0.32S，调节时间ts=1.8S(=5时)未校正系统的频域特性的测试未校正系统频域特性测试的模拟电路图系统频域特性测试的模拟电路图见图二。图二 未校正系统频域特性测试的模拟电路图（1）将数/模转换器输出OUT2作为被测系统的输入Ui。（2）按照上图接线，构造模拟电路。（3）打开虚拟示波器的界面，点击开始，运行、观察输出端Uo的实际响应曲线。在未校正系统模拟电路的相频特性曲线上可测得未校正系统频域特性：穿越频率c=9.4 rad/s， 相位裕度=18.9 3.3超前校正网络的设计 在未校正系统模拟电路的开环相

30、频特性曲线（图二）上测得未校正系统的相位裕度=18.9。 如果设计要求校正后系统的相位裕度=50，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510。 可计算出网络的参数： 可计算出网络的最大超前相位角处的对数幅频值为： 在系统开环幅频特性曲线（图三）上，可测得时的角频率=14.4 rad/s ，该角频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。 据式 3-3-2可计算出计算串联超前校正网络参数：， 据式 3-3-5 令 C=1u， 计算出：R4=155K， R5=38.7K 因为a=5，所以系统开环增益应改为超前校正网络传递函数为： 串联超前

31、校正后系统的频域特性的测试：图三 串联超前校正后系统频域特性测试的模拟电路图图三串联超前校正后系统的传递函数为：实验步骤： （1）在图二上，取消A1单元（OUT）到A5单元（H1）的联线，再根据图三增加串联超前校正网络的联线。（2）运行、观察、记录：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c=14.45 rad/s，相位裕度=54.5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：图四 串联超前校正后系统时域特性测试的模拟电路图具体步骤（1）安置短路套及测孔联线表，频率特性测试模块可联可不联，只须把示波器输入端CH1接到A3单元信

32、号输出端OUT（C(t)），并且把信号输入r(t) 从B2单元（OUT2）改为从B5单元（OUT）输入。（2）运行、观察、记录：运行程序，OUT从0V阶跃+2.5V时被测系统的时域特性，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。在串联超前校正后的时域特性特性曲线上可测得时域特性： 超调量Mp= 18.8% ，调节时间ts= 0.38S(=5时)，峰值时间tp=0.18S四、实验结果理论数据以及实验数据如下表所示时域特性频域特性未校正系统超调量Mp峰值时间tp/s调节时间ts/s剪切频率c/(rad/s)相角裕度理论值实验值理论值实验值理论值实验值理论值实

33、验值理论值实验值56.4%58.3% 0.320.321.8 1.8 9.728.818.919.6表一实际图图五 未校正时图六 校正时域图七 未校正频域图八 校正频域五、实验总结及心得通过本次实验，我了解了串联超前校正环节的原理和作用。从频域发的波形图像来看，超前校正会增加系统带宽，增大高频增益，可以改善动态性能，但防噪声效果差，在RC网络需要更大电阻和电容，另外还需要额外的放大器增益。超前校正适用于要求系统快速响时。实验八 频域法串联迟后校正一、实验要求1了解和掌握二阶系统中的闭环和开环对数幅频特性和相频特性（波德图）的构造及绘制方法。2了解和掌握迟后校正的原理，及迟后校正网络的参数的计算

34、。3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。4观察和分析系统未校正和串联迟后校正后的开环对数幅频特性和相频特性，幅值幅值穿越频率处c，相位裕度，并与理论计算值作比对。二、实验仪器LABACT自控原理试验机一台，装有虚拟示波器程序的计算机一台，导线若干。三、实验内容及步骤本实验用于观察和分析引入频域法串联迟后校正网络后的二阶系统瞬态响应和稳定性。未校正系统的时域特性的测试未校正系统的模拟电路图图一 未校正系统模拟电路图图一未校正系统的开环传递函数为：模拟电路的各环节参数：积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=0.2S， 惯性环节（A3单元）的惯性时间常数

35、 T=R2*C2=0.1S。 开环增益K=R2/R3=10实验步骤（1）将函数发生器单元的矩形波输出作为系统输入R。（2）按照上图接线，构造模拟电路。（3）打开虚拟示波器的界面，点击开始，运行、观察输出端Uo的实际响应曲线。 （4） 观察OUT从0V阶跃+2.5V时被测系统的时域特性，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。在时域特性特性曲线上可测得时域特性：超调量Mp=51.6 %， 调节时间ts= 1.05S(=5时)， 峰值时间tp= 0.13S未校正系统的频域特性的测试未校正系统的频域特性模拟电路图图二 未校正系统频域特性测试的模拟电路图实验步

36、骤（1）将数/模转换器输出OUT2作为被测系统的输入。（2）按照上电路图接线构造模拟电路。 （3）打开虚拟示波器的界面，点击开始，运行、观察输出端Uo的实际响应曲线。 （4） 观察OUT从0V阶跃+2.5V时被测系统的时域特性，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。在未校正系统模拟电路的相频特性曲线上可测得未校正系统频域特性： 穿越频率c=21.36 rad/s ， 相位裕度= 26滞后校正网络的设计 如果设计要求校正后系统的相位裕度=50， 考虑到迟后校正网络在新的截止频率处会产生一定的相角迟后，因此， ，取 ， 则。 在未校正系统开环相频特性曲线

37、中可测得=56时的角频率为6.28 rad/s 。该角频率即为校正后的穿越频率c。 在未校正系统开环幅频特性曲线中可测得： =6.28 rad/s处的迟后校正网络对数幅频值为： 据式 3-3-9可计算出网络的参数：， ， 据式 3-3-10 可计算出： 令 C=10u，计算出： R4=159K，R5=875K迟后校正网络传递函数为： 串联迟后校正系统的频域特性的测试：串联迟后校正系统的频域特性的模拟图串联迟后校正系统频域特性测试的模拟电路图见图三。图三串联迟后超前校正后系统的传递函数为：图三 串联迟后校正系统频域特性测试的模拟电路图实验步骤（1）在图二上，取消A1单元（OUT）到A5单元（H1

38、）的联线，再根据图三补充校正网络的联线。（2）运行、观察、记录：穿越频率c=6.28 rad/s 相位裕度= 52串联迟后校正系统的时域特性的测试：串联迟后校正系统的时域特性的模拟图图四 串联迟后校正系统时域特性测试的模拟电路图、实验步骤（1）安置短路套及测孔联线表，频率特性测试模块可联可不联，只须把示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（C(t)），并且把信号输入r(t) 从B2单元（OUT2）输入改为从B5单元（OUT）输入。（2）运行、观察、记录：在串联迟后校正后的时域特性曲线上可测得：超调量 Mp=22 % 峰值时间tp=0.44S。四、实验结果理论数据以及实验数据如下表所示时域特性频域特性未校正系统超调量Mp峰值时间tp/s调节时间ts/s剪切频率c/(rad/s)相角裕度理论值实验值理论值实验值理论值实验值理论值实验值理论值实验值51.6%49.2%0.130.141.050.7221.3621.362625串联滞后校正系统22%22%0.440.421.501.456.286.285252.9实验图图五 未校正时域图六 未校正频域图七 串联校正频域图八 校正时域五、实验总结及心得通过本次实验我们了解了串联滞后环节的原理和实际的应用。串联滞后校正适用于对系统误差系数有明确的要求时。经过试验让我对课本的知识更加的理解和运用。