2022年自动控制原理实验指导书 .pdf

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1、自 动 控 制 原 理实 验 指 导 书 中南民族大学电子信息工程学院 电路与系统教研室二 00六年三月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 42 页 - - - - - - - - - 目录一、实验注意事项. 2 二、实验平台的组成和使用. 3 三、扫频电源操作使用说明. 6 实验一控制系统典型环节的模拟. 8 实验二一阶系统的时域响应及参数测定. 13 实验三二阶系统的瞬态响应分析. 15 实验四三阶系统的瞬态响应及稳定性分析. 18 实验五典型环节频率特性

2、的测试. 21 实验六线性系统的频率特性的测试. 26 实验七自动控制系统的动态校正. 30 实验八无源和有源滤波器的特性. 361名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 42 页 - - - - - - - - - 一、实验注意事项1使用前应先检查各电源是否正常，检查步骤为： （1） 先关闭实验箱的所有电源开关，然后用随箱的三芯电源线接通实验箱的 220V交流电源。 （2） 开启实验箱上的电源总开关，电源指示灯亮，交 直流数字电压 表与频率计上的数码管亮。 （3

3、）用万用表的直流电压档（或直接用面板上的交 直流数字电压表的直流档）测量面板上的15V 和5V ，看是否有正确的电压输出。 （4）开启函数信号发生器开关，则应有信号输出；当频率计打到内测时，应有相应的频率显示。 2、接线前务必熟悉实验线路的原理及实验方法。 3、实验接线前必须先断开总电源与各分电源开关，严禁带电接线。接线完毕，检查无误后，才可进行实验。 4、实验自始至终，实验板上要保持整洁，不可随意放置杂物，特别是导电的工具和多余的导线等，以免发生短路等故障。 5、实验完毕，应及时关闭各电源开关，并及时清理实验板面，整理好连接导线并放置到规定的位置。 6、实验时需用到外部交流供电的仪器，如示波

4、器等，这些仪器的外壳应妥为接地。 2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 42 页 - - - - - - - - - 二、实验平台的组成和使用1、实验箱的供电 实验箱的背面设有带保险丝管（1A ）的220V 单相交流电源三芯插座，另配有三芯插头电源线一根。装置内设有五只降压变压器，为实验板提供多组低压交流电源。 2、实验板的组成： （1）正面左下方装有电源总开关一只，开关总电源。 （2）100 多个高可靠的自锁紧式、防转、叠插式插座。它们与固定器件、线路的连接

5、已设计在印刷线路板上。 这类锁紧式插件，其插头与插座之间的导电接触面很大，接触电阻极其微小（接触电阻0.003，使用寿命10000次以上） ，在插头插入时略加旋转后，即可获得极大的轴向锁紧力，拔出时，只要沿反方向略加旋转即可轻松地拔出，无需任何工具便可快捷插拔，同时插头与插头之间可以叠插，从而可形成一个立体布线空间，使用起来极为方便。 （3）扫频电源 采 用 可 编 程 器 件 ispLSI1032和 单 片 机 AT89C51 设 计 而 成 ，可在 15Hz 80KHz的全程范围内进行扫频输出，扫频电源输出波形为正弦波，其峰峰值可达 15V 。提供 11 档扫速，亦可选定点频输出。 此外还

6、有频标指示，亦可显示输出频率等。扫频电源的使用见实验指导书附录。 （4）直流稳压电源 提供15V 和5V 直流稳压电源，具有短路保护功能和自恢复功能。 （5）信号源 实验箱的信号源包括两部分：阶跃信号发生器和低频函数信号发生器。 A、阶跃信号发生器 阶跃信号发生器主要为实验提供阶跃信号而设计的。阶跃信号幅度可通3名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 42 页 - - - - - - - - - 过调节电位器，通过按键操作，可以得到正负阶跃信号 , 正阶跃信号的幅

7、值为（0，3.70）伏；负阶跃信号的幅值为（-3.70 ， 0）伏。 B、低频函数信号发生器 低频函数信号发生器主要是为实验中所需的超低频信号而专门设计的。它由单片集成函数信号发生器ICL8038 及外围电路组合而成。 其输出频率范围为 0.25Hz1.20KHz ，其中正弦信号输出幅度峰峰值为18V ；三角波输出幅度峰峰值为10V ；方波信号输出幅度峰峰值为12V 。使用时只要开启“函数信号发生器”开关，此信号源即进入工作状态。两个电位器旋钮用于输出信号的“幅度调节”（左）和“频率调节” （右） 。 输出信号可通过“波形选择”的短路帽设置位置来确定，将短路帽置于1、2两脚处，输出正弦波信号；

8、将其置于2、3 两脚处，则输出三角波信号；将其置于 4、5 两脚处，则输出方波信号。 输出频率段的选择也是通过切换另一个短路帽的设置位置来确定，将短路帽置于 1、2两脚（即“f1”处） ，通过调节“频率调节”电位器，可获得输出信号的频率范围为 0.25Hz1.20KHz ；将其置于2、3 两脚（即“f2”处），调节“频率调节”旋钮，则输出信号的频率范围为2.5Hz120Hz ；将其置于4、5 脚（即“f3”处）则输出信号的频率范围为25Hz 1.20KHz 。 （6）频率计 系统在作频率特性测试实验时， 需要用到超低频信号， 若用示波器去读，显然很不方便。为了能直观地读出超低频信号的频率，我们

9、设计了一个低频频率计。 频率计是由单片机 89C2051和六位共阴极 LED数码管设计而成的， 测频范围为 0.1Hz10000Hz 。 开启“函数信号发生器”，频率计即进入待测频状态, 将频率计处（内测/ 外测）开关置于“内测”，即可显示“函数信号发生器”本身的信号输出频率。将开关置于“外测” ，则频率计显示由“输入”插口输入的被测信号的4名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 42 页 - - - - - - - - - 频率。 在使用过程中，如遇瞬时强干扰，

10、频率计可能出现死锁，此时只要按一下复位“RES ”键，即可自动恢复正常工作。 （）交 直流数字电压表 交 直流数字电压表有三个档位。满度为200mv量程、2v 量程、20v 量程。当自锁开关不按下时， 它作直流电压表使用， 这时可用于测量直流电压；当自锁开关按下时，作交流毫伏表使用，这时有频带较宽（ 10Hz400KHz ） 、精度高（不超过 5） 、数字显示和真有效值测量的特点、即使测试远离正弦波形状的窄脉冲信号，也能测得精确的有效值大小，其适用的波峰因数范围达到 10。 真有效值交流电压表由输入衰减器、阻抗变换器、定值放大器、真有效值 AC/DC转换器、滤波器、A/D 转换器和 LED显示

11、器组成。 输入衰减器用来将大于2V 的信号衰减，放大器用来将小于200mV的信号放大。本机 AC/DC转换由一块宽频带、高精度的真有效值转换器完成，它能将输入的交流信号不论是正弦波、三角波、方波、锯齿波，甚至窄脉冲波，精确地转换成与其有效值大小等价的直流信号，再经滤波器滤波后加到 A/D 转换器，变成相应的数字信号，最后由LED显示出来。 （8）实验箱附有充足的长短不一的实验专用连接导线一套。 5名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 42 页 - - - - -

12、 - - - - 三、扫频电源操作使用说明1、开启电源开关，显示器显示“P”2、扫频速度选择与输出 1、按 “扫速”键，显示器显示“SPEED O”，表明选定了第 0 档扫速，功能指示中的“扫频速度”指示灯亮。 2、连续按动“扫速”键10 次，显示器末位分别显示1F，并周而复始从 0 到 F 切换，一共有11档扫频速度可选择。 3、按“ 全程扫 ” 键，显示器显示“SCRn.AP.O ”；功能指示中的 “ 全域扫频 ”指示灯亮，表明“扫频电源输出”端口已有幅度基本稳定的按选定的某档扫速在全程范围内进行扫频的正弦波信号，扫频（即输出频率递增）过程则由“频标指示器”（由 15 只绿色发光二极管LE

13、D等组成）指示出相应的频段。注：在扫频过程中，除按“复位”键外，按其它任何键都不会改变当前的状态。 3、点频输出及频率显示操作步序 1、按“复位”键后，并按 “换档”键，功能指示中的红色“点频换档”指示灯亮，选定点频步进区段（共有 7个区段） ， 此时显示器显示“F ”，其中为 07 中的某一个数。 2、按“点频”键，功能指示中的红色“点频”指示灯亮，信号输出口便有相应的某一频率的正弦波信号输出。 3、连续按动“点频”键，显示器的2、3 位将交替显示“一_”和“_”表明输出信号频率在该区段内循环递增变化。 例如：按“复位”键后，再按“换档”键，在选定了第0 档步进区段后，按一下“点频”键，显示

14、器显示 “一_ F 0 ”，再按一下“内测频”键，显示器将显示“F . ” ，约经 2 秒后，显示器显示 “F000015 ” ，表明输出正弦信号频率为15Hz ，再按动两次“点频”键，输出频率改变为16Hz ，随6名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 42 页 - - - - - - - - - 后每按两次“点频”键，输出信号频率将增加1Hz ，在按下“内测频”键后，功能指示中的亮灯也相应地切换为“内测频率”指示灯处。 在上例中，如选定了第 1 区段后按一下

15、“点频”键，输出频率为 510Hz ，随后每按一下“点频”键，输出频率随之递增约6Hz 。 其它各档操作与上类似，只是步幅随区段不同而随之改变。 7名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 42 页 - - - - - - - - - 实验一控制系统典型环节的模拟一、 实验目的1） 、熟悉超低频扫描示波器的使用方法2） 、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路3） 、测量典型环节的阶跃响应曲线4） 、通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响二、 实验仪

16、器1） 、THSSC-1实验箱一台2） 、超低频慢扫描示波器一台3） 、万用表一只三、 实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1 所示。图中 Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R、C构成。(1)(12ZZuuSGio=-=基于图中 A 点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1 得：由上式可求得由下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。1)、比例环节比例环节的模拟电路如图1-2 所示：图 1-1、运放的反馈连接2=410820=12KKZZ)S(G8名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

17、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 42 页 - - - - - - - - - 图 1-2 比例环节2） 、惯性环节）（21+=1+1?=R1+=21212212TSKCSRRRCS/RCS/RZZ)S(G取参考值 R1=100K，R2=100K，C=1uF 图 1-3、惯性环节3） 、积分环节）（311/1)(12TSRCSRCSZZSG=取参考值 R=200K，C=1uF 图 1-4、积分环节RC=T积分时间常数式中9名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -

18、 - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 42 页 - - - - - - - - - 4） 、比例微分环节（ PD） ，其接线图如图及阶跃响应如图1-5 所示。CR=T,=K(4)1+=1+?=1+=1D1211211212RR)ST(K)CSR(RRCS/RCS/RRZZ)S(GD其中参考值R1=200K，R2=410K，C=0.1uF 图 1-5 比例微分环节5） 、比例积分环节，其接线图单位阶跃响应如图1-6 所示。CR=T,=K(5)1+1=1+1?=1+=1+=1+=22122212112121212RR)ST(K)CSR(RRCSRRRCSR)CSR(RC

19、S/RZZ)S(G式中参考值 R1=100K R2=200K C=0.1uF 图 1-6 比例积分环节10名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 42 页 - - - - - - - - - 6） 、振荡环节，其原理框图、接线图及单位阶跃响应分别如下所示。图 1-7 振荡环节原理框图图 1-8 振荡环节接线图图 1-8 为振荡环节的模拟线路图，它是由惯性环节，积分环节和一个反号器组成。根据它们的传递函数，可以画出图1-7 所示的方框图，图中11112221121

20、21io112321211221=21=,1=2,=+2+=+=+=(S)U(S)U=1+=:(8)=,=,=TTKSST/KT/SST/KKSSTK)ST(SK)S(G.CRCRR/Rnnnnnn则其中可求得开环传递函数为由图欲使图 1-8 为振荡环节，须调整参数K 和 T1，使 0 1，呈欠阻尼状态。即环节的单位阶跃响应呈振荡衰减形式。11名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 42 页 - - - - - - - - - 四、实验内容与步骤1、分别画出比例

21、、惯性、积分、微分和振荡环节的电子电路图。2、按下列各典型环节的传递函数，调节相应的模拟电路的参数。观察并记录其单位阶跃响应波形。1） 、比例环节G1(S)=1 和 G2(S)=2 2） 、积分环节G1(S)=1/S和 G2(S)=1/（0.5S）3） 、比例微分环节G1(S)=2+S 和 G2(S)=1+2S 4） 、惯性环节G1(S)=1/(S+1)和 G2(S)=1/(0.5S+1) 5） 、比例积分环节（ PI）G（S）=1+1/S 和 G（S）=2（1+1/2S）101.010)()6221+=+=SSKSSTKSG振荡环节五、注意事项1） 、输入的单位阶跃信号取自实验箱中的函数信号

22、发生器。2） 、电子电路中的电阻取千欧，电容为微法。六、实验报告要求1） 、画出六种典型环节的实验电路图，并注明相应的参数。2） 、画出各典型环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。3） 、写出实验心得与体会。七、实验思考题1） 、用运放模拟典型环节时，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出的？2） 、 积分环节和惯性环节主要差别是什么?在什么条件下 ,惯性环节可以近似地视为积分环节 ?在什么条件下，又可以视为比例环节？3） 、如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？12名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

23、- - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 42 页 - - - - - - - - - 实验二一阶系统的时域响应及参数测定一、 实验目的1） 、观察一阶系统在单位阶跃和斜坡输入信号作用下的瞬态响应。2） 、根据一阶系统的单位阶跃响应曲线确定一阶系统的时间常数。二、 实验仪器1） 、THSSC-1实验箱一台。2） 、双踪低频慢扫描示波器一台。3） 、万用表一只。三、 实验原理图 2-1 为一阶系统的模拟电路图。由该图可知CS/uCS/uRuR1-=Ru1-=-u000000i即根据上式，画出图2-2 所示的方框图，其中 T=R0C。由图图 2-1 一阶系统模

24、拟电路图2-2 得：图 2-3 为一阶系统的单位阶跃响应曲线。eT1-OOi0-1=(t),1+1-1=1+1=(S)1=1(t),=(t)u1+1=tiiUT/SS)TS(SU,S/)S(UTS)S(U)S(U得取拉氏反变换则系统的输出为即令图 2-2 一阶系统原理框图图 2-3 一阶系统单位阶跃响应当t = T时，C（T）=1 e-1 =0.632。这表示当 C（t）上升到稳定值的 63.2%时，对应的时间就是一阶系统的时间常数T，根据这个原理，由图2-3 可测得一13名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心

25、整理 - - - - - - - 第 14 页，共 42 页 - - - - - - - - - 阶系统的时间常数 T。由上式（ 1）可知，系统的稳态值为1，因而该系统的跟踪阶跃输入的稳态误差 ess = 0 。这表明一阶系统能跟踪斜坡信号输入，但有稳态误差存在。其误差的大小为系统的时间常数T。四、实验内容与步骤1、根据图 2-1 所示的模拟电路，调整R0和 C 的值，使时间常数T=1S和 T=0.1S。2、uI(t)=1V时，观察并记录一阶系统的时间常数T分别为 1S和 0.1S时的单位阶跃响应曲线 ,并标注时间坐标轴。3、当uI(t)=t时，观察并记录一阶系统时间常数T为 1S和 0.1S

26、时的响应曲线，其中斜坡信号可以通过实验箱中的三角波信号获得，或者把单位阶跃信号通过一个积分器获得。五、实验报告1、 根据实验，画出一阶系统的时间常数T=1S时的单位阶跃响应曲线，并由实测的曲线求得时间常数T。2、 观察并记录一阶系统的斜坡响应曲线，并由图确定跟踪误差ess，这一误差值与由终值定理求得的值是否相等？分析产生误差的原因。六、实验思考题1、 一阶系统为什么对阶跃输入的稳态误差为零，而对单位斜坡输入的稳态误差为 T？2、阶系统的单位斜坡响应能否由其单位阶跃响应求得？试说明之。14名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -

27、 - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 42 页 - - - - - - - - - 实验三二阶系统的瞬态响应分析一、 实验目的1、熟悉二阶模拟系统的组成。2、研究二阶系统分别工作在 =1， 0 1 三种状态下的单位阶跃响应。3、分析增益 K 对二阶系统单位阶跃响应的超调量P、峰值时间 tp 和调整时间 ts。4、研究系统在不同 K 值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。一、 实验原理图 3-1 二阶系统的模拟电路图 3-1 为二阶系统的模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成。图 3-2 为图 3-1 的原理方框图，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2

28、。由图 3-2 求得二阶系统的闭环传递函数为：图 3-2 二阶系统原理框图(1)+=+=2112212221TT/KSTSTT/KKSTSTTK)S(U)S(UiO:数为而二阶系统标准传递函15名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 42 页 - - - - - - - - - (2)+2+=222nnnSS)S(G6250=,10=,50=T,20=T4=,=(2),(1)211221K.KS.S.KTTTTKnn则若令得和式对比式调节开环增益 K 值，不仅能

29、改变系统无阻尼自然振荡频率n和的值，可以得到过阻尼 ( 1)、临界阻尼（ =1）和欠阻尼（ 0.625，0 1，图 3-3 0 1 时的阶跃响应曲线系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：线态下的单位阶跃响应曲为二阶系统在欠阻尼状图式中3-3.1(3)1sin(111)(2212-=-+-=-nddtotgttuen（2） 、当 K=0.625时，=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：etnonttu-+-=)1(1)(如图 3-4 为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。图 3-4 =1 时的阶跃响应曲线（3） 、当 K 1，系统工作在过阻尼状态，它的单位阶跃响应曲线和

30、临界阻尼时的单位阶跃响应一样为单调的指数上升曲线，但后者的上升速度比前者缓慢。16名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 42 页 - - - - - - - - - 三、实验内容与步骤1、根据图 3-1，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为：)1S2 . 0(S5.0K)S(G+=2、令 ui(t)=1V ，在示波器上观察不同K（K=10，5，2，0.5）时的单位阶跃响应的波形，并由实验求得相应的p、tp 和 ts的值。3、调节开环增益 K，使二阶系统的阻尼

31、比707. 021=，观察并记录此时的单位阶跃响应波形和p、tp 和 ts的值。4、用实验箱中的三角波或输入为单位正阶跃信号积分器的输出作为二阶系统的斜坡输入信号。5、观察并记录在不同K 值时，系统跟踪斜坡信号时的稳态误差。四、实验报告1、画出二阶系统在不同K 值（10，5，2，0.5）下的 4 条瞬态响应曲线，并注明时间坐标轴。2、按图 3-2 所示的二阶系统，计算 K=0.625，K=1 和 K=0.312 三种情况下 和n值。据此，求得相应的动态性能指标p、tp和 ts，并与实验所得出的结果作一比较。3、写出本实验的心得与体会。五、实验思考题1、如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生

32、什么后果？2、在电子模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？3、为什么本实验的模拟系统中要用三只运算放大器？17名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 42 页 - - - - - - - - - 实验四三阶系统的瞬态响应及稳定性分析一、 实验目的1） 、掌握三阶系统的模拟电路图。2） 、由实验证明开环增益K 对三阶系统的动态性能和稳定性能的影响。3） 、研究时间常数 T 对三阶系统稳定性的影响。二、实验原理图 4-1 三阶系统原理框图图 4-2 三阶系统模拟电

33、路图 4-1 为三阶系统的方框图，它的模拟电路如图4-2 所示，它的闭环传递函数为：K)ST)(ST(STK)S(U)S(Uio+1+1+=213该系统的特征方程为T1T2T3S3 +T3（T1+T2）S2 +T3S+K=0 其中K=R2/R1，T1=R3C1，T2=R4C2，T3=R5C3。若令 T1=0.2S，T2=0.1S，T3=0.5S，则上式改写为18名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 42 页 - - - - - - - - - 0=100+50

34、S+15S+S23用劳斯稳定判据， 求得该系统的临界稳定增益K=7.5。 这表示 K7.5 时，系统为不稳定； K7.5 时，系统才能稳定运行； K=7.5 时,系统作等幅振荡。除了开环增益 K 对系统的动态性能和稳定性有影响外， 系统中任何一个时间常数的变化对系统的稳定性都有影响，对此说明如下：令系统的剪切频率为 c，则在该频率时的开环频率特性的相位为：?（ c）= - 90 - tg-1T1c tg-1T2 c 相位裕量 =180 +?（ c）=90 - tg-1T1 c- tg-1T2 c 由上式可见，时间常数T1和 T2的增大都会使 减小。三、实验内容与步骤图 4-1 所示的三阶系统开

35、环传递函数为)ST)(ST(STK)S(G1+1+=2131） 、按 K=10，T1=0.2S, T2=0.05S, T3=0.5S的要求，调整图 4-2 中的相应参数。2） 、用慢扫描示波器观察并记录三阶系统单位阶跃响应曲线。3） 、 令 T1=0.2S，T2=0.1S， T3=0.5S，用示波器观察并记录K 分别为 5， 7.5，和 10 三种情况下的单位阶跃响应曲线。4） 、令 K=10，T1=0.2S，T3=0.5S，用示波器观察并记录T2分别为 0.1S 和 0.5S时的单位阶跃响应曲线。四、实验报告1、作出 K=5、7.5 和 10三种情况下的单位阶跃响应波形图，据此分析K的变化对

36、系统动态性能和稳定性的影响。2、作出 K=10，T1=0.2S，T3=0.5S，T2分别为 0.1S 和 0.5S时的单位阶跃响应波形图，并分析时间常数T2 的变化对系统稳定性的影响。3、写出本实验的心得与体会。19名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 42 页 - - - - - - - - - 五、实验思考题1、为使系统能稳定地工作，开环增益应适当取小还是取大？2、系统中的小惯性环节和大惯性环节哪个对系统稳定性的影响大，为什么？3、试解释在三阶系统的实验中

37、，输出为什么会出现削顶的等幅振荡？4、为什么图 3-2 和图 4-1 所示的二阶系统与三阶系统对阶跃输入信号的稳态误差都为零 ? 5、为什么在二阶系统和三阶系统的模拟电路中所用的运算放大器都为奇数？20名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 42 页 - - - - - - - - - 实验五典型环节频率特性的测试一、实验目的1、掌握用李沙育图形法，测量各典型环节的频率特性。2、根据所测得频率特性，作出伯德图，据此求得环节的传递函数。二、实验仪器1、THCCS-

38、1 实验箱一台2、双踪慢扫描示波器一台3、万用表一只三、实验原理对 于稳 定 的 线性定 常系 统或 环节 ， 当 其输 入 端 加入 一正 弦信 号X(t)=XmSint，它的稳态输出是一与输入信号同频率的正弦信号，但其幅值和相位将随着输入信号频率的变而变。即输出信号为 （t）=mSin（t+?）=m?G（j）?Sin（t+?）m其中?G（j）?= Xm，?()=argG（j）只要改变输入信号x（t）的频率，就可测得输出信号与输入信号的幅值比?G（j）?和它们的相位差?（）=argG（j）。不断改变 x（t）的频率，就可测得被测环节（系统）的幅频特性 ?G（j）?和相频特性 ?（） 。本实验

39、采用李沙育图形法，图7-1 为测试的方框图。图 7-1 典型环节的测试方框图21名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 42 页 - - - - - - - - - 在表（ 1）中列出了超前与滞后时相位的计算公式和光点的转向。超前滞后相角?0 90 90 1800 9090 180图形计算公式?=Sin-1 2Y0/ (2Ym) =Sin-12X0/ (2Xm)?=180 -Sin-12Y0/(2Ym) =Sin-1 2X0/ (2Xm)?=Sin-12Y0/

40、(2Ym) =Sin-12X0/ (2Xm) ?=180 -Sin-12Y0/(2Ym) =180- Sin-12X0/(2Xm)光点转向顺时针顺时针逆时针逆时针表中 2Y0为椭圆与 Y 轴交点之间的长度， 2X0为椭圆与 X 轴交点之间距离，Xm和 Ym分别为 X（t）和 Y（t）的幅值。四、 实验内容1、惯性环节的频率特性的测试令 G（S）=1/（0.5S+1）,则其相应的模拟电路如图7-2 所示。测量时示波器的 X 轴停止扫描，把扫频电源的正弦信号同时送到被测环节的输入端和示波器的 X 轴，被测环节的输出送到示波器的Y 轴，如图 7-3 所示。(实验时取 R1=R2=510K ，C1=1

41、uF) 图 7-2 惯性环节的模拟电路图22名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 42 页 - - - - - - - - - 图 7-3 相频特性测试的接线图当扫频电源输出一个正弦信号， 则在示波器的屏幕上呈现一个李沙育图形-椭圆。据此，可测得在该输入信号频率下得相位值：m01X2X2Sin-=?不断改变扫频电源输出信号的频率，就可得到一系列相应的相位值，列表记下不同值时的 X0和 Xm 。 表7-2 相频特性的测试 X0 Xm ?测量时，输入信号的频率要取

42、得均匀，频率取值范围为15Hz40KHz 。 幅频特性的测试按图7-4 接线， 测量时示波器的X 轴停止扫描，在示波器（或万用表的交流电压档）分别读出输入和输出信号的双倍幅值2Xm=2X1m ，2Ym=2Y2m ，就可求的对应的幅频值?G （j ） ?=2Y1m/（2Y2m ） ，列标记下2Y1m/(2Y2m), 20 ?g2Y1m/(2Y2m)和的值。图 7-4 幅频特性的接线图23名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 42 页 - - - - - - -

43、- - 表 7-3 幅频特性的测试2Y1m 2Y2m 2Y1m/2Y2m 20?g2Y1m/(2Y2m)2、积分环节待测环节的传递函数为G（S）=1/(0.5S)，图 7-5 为它的模拟电路图。(取 R1=510K， C1=1uF，R0=100K) 图 7-5 积分环节的模拟电路图按图 7-5 和图 7-4 的接线图，分别测出积分环节的相频特性和幅频特性。3、 R-C 网络的频率特性。图7-6 为滞后 -超前校正网络的接线图，分别测试其幅频特性和相频特性。图 7-6 滞后超前校正网络的接线图 24名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -

44、- - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 42 页 - - - - - - - - - 五、实验报告1、按图 7-3 和 7-4 的接线图，分别测试惯性、积分、和滞后超前网络的相关数据，并分别填入表7-2 和 7-3。2、 按图 7-2 和 7-3 中的实验数据， 分别画出 ?（ ） 和 20? g?G(j ) ?的曲线。作幅频特性20?g?G （j ） ? 的渐进线，据此写出各环节的传递函数。3、把实测求得的传递函数与理论值进行比较，并分析产生差异的原因。25名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -

45、 - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 42 页 - - - - - - - - - 实验六线性系统的频率特性的测试一、实验目的1、掌握用李沙育图形法测试线性系统的频率特性。2、根据所测得的频率特性，写出系统的传递函数。二、实验仪器1、THSSC-1实验箱一台2、双踪慢扫描示波器一台3、万用表一只三、实验原理线性系统频率特性测试的原理完全与线性环节频率特性的测试相同。四、实验内容1、开环频率特性的测试图 8-1 开环系统的方框图图 8-1 对应的开环传递函数为）（）（1S1.01S10SG+=（1）与式(1)对应的模拟电路图如图8-2 所示，将图 8-2 按图

46、 7-3 和图 7-4 的接线，用典型环节频率特性测试完全相同的方法测试图8-2 所示的开环系统的频率特性，并将所测得的数据,分别填入 8-1 表中。图 8-2 开环系统的接线图26名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 42 页 - - - - - - - - - 取参考值 R0=51K，R1接 470K 的电位器，R2=510K，R3=100K，C1=2uF，C2=1uF。表 8-1 开环相频特性的测试数据X0 Xm ?表 8-2 开环幅频特性的测试数据（r

47、ad/s ）2Y1m 2Y2m 2Y1m/2Y2m 20? g 2Y1m/(2Y2m) 2、闭环频率特性的测试被测的二阶系统如图8-3所示，图8-4为它的模拟电路图。图 8-3 二阶控制系统将图 8-4 按图 7-3 和 7-4 的接法进行闭环频率特性测试，并将所测的数据，分别填入表 8-3 中。27名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 28 页，共 42 页 - - - - - - - - - 图 8-4 被测二阶系统的接线图取参考值 R0=51K，R1接 470K 的电

48、位器， R2=510K，R3=200K。8-3 闭环相频特性的测试数据X0 Xm ?8-4 闭环幅频特性的测试数据（rad/s ）2Y1m 2Y2m 2Y1m/2Y2m 20? g 2Y1m/(2Y2m) 五、注意事项1、输入信号的频率要取得均匀，它的取值范围为15Hz-40KHz 。 2、在做闭环幅频特性时，在幅值最大值附近多做几点，以正确确定谐28名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 29 页，共 42 页 - - - - - - - - - 振峰值 Mr 和频率r。

49、六、实验报告 1、根据实验测得的数据分别作出开环和闭环的幅频和相频特性曲线。2、作开环和闭环幅频特性曲线的渐近线，据此求得开环与闭环的传递函数。3、将由实验求得的传递函数与理论的G（S）作一比较，并分析产误差差的原因。4、根据实验作出二阶系统闭环幅频特性曲线，由图求系统的带宽 b、 谐振频率r和谐振峰值 Mr，并与理论计算的结果进行比较。 七、实验思考题 1 、为什么图8-4 所示的二阶系统会出现谐振？你是如何用实验确定谐振频率r和谐振峰值 Mr。 2、试相频特性时，若把信号发生器的正弦信号送入Y轴，而把被测系 统的输出信号送入X轴，试问这种情况下如何根据椭圆旋转的光点方向来确定相位的超前和滞

50、后？ 29名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 30 页，共 42 页 - - - - - - - - - 实验七自动控制系统的动态校正一、 实验目的1） 、要求学生根据书上习题的要求，自行设计一校正装置，并用本实验箱构成一模拟系统进行实验校正和实际调试、使学生深刻认识到校正装置在系统中的重要性。2） 、掌握工程中常用的二阶系统和三阶系统的工程设计方法。二、 实验仪器1） 、THSSC-1实验箱一台2） 、慢扫描示波器一台3） 、万用表一只三、 实验原理当系统的开环增益满足