自動控制理論實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、自控理論實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)(一)第一部分實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)概述一. 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件資源自控理論el-at-ii型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、a/d&d/a采集卡、自動控制理論實(shí)驗(yàn)箱組成如圖1, 其中計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)分別起信號產(chǎn)生、測量、顯示、系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的作用，a/d&d/a采集 卡負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)釆集和計(jì)算機(jī)usb 口通信，實(shí)驗(yàn)箱主要構(gòu)造被控模擬對象。圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)箱、面板實(shí)驗(yàn)面板主要由以下兒部分構(gòu)成，如圖2：a/d&d/a 卡模 塊模擬仿真模塊1 運(yùn)算放大器xi 電阻：1kx2、50kx2 100kx4、200kx4 電容：0.1pfx3、lpfx2二極,el-c模擬仿真模塊8 運(yùn)算放

2、大器xi 電阻:1kx3. i0kx2i00kx2、200kx2 電容:0.1|ifx3, l|ifx2電阻、電容、二變阻箱、30kq99(0pf9模擬仿真模塊3 運(yùn)算放大器xi 電阻:1kx3、10kx2 100kx2. 200kx2 電容:().0ipfx2、0.1|ifx3、l|lfxl模擬仿真模塊4 運(yùn)算放大器xi 電阻:1kx2> 10kx2 50kx2、100kx2 200kx2、300kx2 電容:0.01gfx20.1|lfx2> l|ifl模擬仿真模塊2 運(yùn)算放人器xi 電阻：1kx2、50kx2 100kx3、200kx2 電容：0pfx2、l|ifx2電源模塊

3、模擬開關(guān)模擬開關(guān)x 3組管區(qū):at-ii極管、穩(wěn)壓管區(qū)模擬仿真模塊7 運(yùn)算放大器xi 電阻:1kx3、10kx2 100kx2、200kx2 電容:0.1pfx3、l»fx2芝容箱模塊9kqx2模擬仿真模塊6 運(yùn)算放大器xi 電阻:1kx3、10kx2 100kx2、2(x)kx2 電容：0.01gfx2>()pfx3、lgfxl模擬仿真模塊5 運(yùn)算放大器xi 電阻:1kx2、10kx2 50kx2、100kx2 200kx2、300kx2 電容:0.01gfx20gfx2> lgfxl圖2實(shí)驗(yàn)箱面板布局(1)模擬仿真模塊：本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有八組由放大器、電阻、電容組成的實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

4、塊。每個(gè)模塊中都有一個(gè)由 ua741構(gòu)成的放大器和若干個(gè)電阻、電容。這樣通過對這八個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的靈活組合便可構(gòu)造出各種型 式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。(2)二極管、穩(wěn)壓管、電阻、電容區(qū)：該區(qū)域主要是為模擬非線性環(huán)節(jié)提供所需元件。a/d&d/a卡模塊：該區(qū)域是引出a/d&d/a卡的輸入輸出端，一共引出兩路輸出端dai、da2、兩路 輸入端adi、ad2«有一個(gè)按鈕復(fù)位鍵，可對a/d&d/a卡進(jìn)行復(fù)位。a/d&d/a卡的輸入和輸出電壓 范圍為5v+5v。做時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，da1輸出階躍信號，ad1為系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)釆集口(相當(dāng)于示波 器的y軸輸入端),o(4)

5、 電源模塊：電源模塊有一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱電源開關(guān)，有四個(gè)開關(guān)電源提供的dc電源端子,分別是+12v、-12v、 +5v、gnd,這些端子給外擴(kuò)模塊提供電源。(5) 模擬開關(guān)模塊：模擬開關(guān)是專門為積分環(huán)節(jié)的電容放電而設(shè)定的，實(shí)驗(yàn)時(shí)需將積分環(huán)節(jié)的電容并接在 模擬開關(guān)上。(6) 變阻箱、變?nèi)菹淠K：該模塊有2個(gè)變阻箱、1個(gè)變?nèi)菹洹Ｖ灰磩幼冏柘?、變?nèi)菹鋽?shù)字旁邊的“ + ”、“一”按鈕便可調(diào)節(jié)電阻電容的值，而且電阻電容值可以直接讀出。二.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件1. 軟件啟動接通實(shí)驗(yàn)箱電源,在windows桌面上或"開始一程序”中雙擊“cybernation_a.exe”快捷方式，便 可啟動軟件如圖3所示。2.

6、 軟件使用說明(1)本套軟件界面共分為三個(gè)組畫面： 軟件說明界面(如圖3)蜀自動控制理論實(shí)鯊系統(tǒng)問岡=j實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目kf13 :也工具按鈕：畫衛(wèi)因匕軟件使用指南n鐵工具欄按鈕：nrasm2.3.4.5.6.1. 】 點(diǎn)擊k或按f1可以選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，系1 統(tǒng)在指導(dǎo)書窗口顯示相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程 中尙卜干標(biāo)i卜狀太 點(diǎn)擊e玉按f2hi換回"指導(dǎo)書"窗口。點(diǎn)擊i或按f3切換到"示波器"窗口。 點(diǎn)擊i或按f4切換到"頻率特性窗口。| 點(diǎn)擊i或按f5開始/肢棄當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在沒有選擇任 何實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的時(shí)候?yàn)榻範(fàn)顟B(tài).點(diǎn)擊i或按陽彈出

7、"關(guān)于"對話框，顯示程序信息、版本 號和版權(quán)信息。a cv?4-= /a-就緒環(huán)瞰尹/圖3軟件說明界血在該界面中，在該界面中介紹工具按鈕的功能等。下面介紹根據(jù)按鈕的功能：q. 點(diǎn)擊k或按f1可以選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中處于禁止?fàn)顟B(tài)。點(diǎn)擊k或按f2切換回指導(dǎo)書窗口。c莊點(diǎn)擊k或按f3切換到示波器窗口。d.因 點(diǎn)擊k或按f4切換到頻率特性窗口。點(diǎn)擊k或按f5開始/放棄當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在沒有選擇任何實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的吋候?yàn)榻範(fàn)顟B(tài)。/點(diǎn)擊k或按f6彈出關(guān)于對話框，顯示程序信息、版本號和版權(quán)信息。 數(shù)據(jù)采集顯示界面（如圖4）斶自動控制理論實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)口回岡=實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目kf13

8、 : 工具按鈕：囲目旨o(jì) 200 4oo 6oo 8oo 1000 1200 1400 1600 1800 2000500040003000200010000-1000-2000-3000-4ooo 5oooxl=0 x2=2000 i xl x2| 二20cyl=5000 y2=5000 i yl-y2 1 =100c就緒大寫數(shù)字 /圖4數(shù)據(jù)采集及顯示界在該界面中可做如下操作：q.測量：在示波器窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單屮選擇測量打開測量游標(biāo)（重復(fù)前述步驟隱藏 測量游標(biāo)），此時(shí)xi、x2和yl、y2游標(biāo)顯示為虛線，可拖動任一游標(biāo)，圖表區(qū)下方會顯示 當(dāng)前游標(biāo)的位置和與同類游標(biāo)z間距離的絕對值

9、。如果想精確定位游標(biāo)只需用鼠標(biāo)左鍵單擊 相應(yīng)的游標(biāo)位置欄并在編輯框中輸入合法值回車即可。b. 快照：在示波器窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單屮選擇快照將當(dāng)前圖像復(fù)制到剪貼板，以便粘貼到畫圖或其他圖像編輯軟件中編輯和保存。c. 線型：在"示波器窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中可點(diǎn)擊直線、折線或點(diǎn)線來選擇數(shù)據(jù)點(diǎn)和數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的連接方式，體會各種連接方式的差異。.配色：用鼠標(biāo)左鍵雙擊圖表區(qū)除曲線之外的元素會彈出標(biāo)準(zhǔn)顏色對話框，用戶可以更改相應(yīng)元素的顏色（比如將網(wǎng)格顏色改成與背景相同顏色）。匕縮放：用鼠標(biāo)左鍵單擊圖表區(qū)刻度區(qū)的邊界刻度并在編輯框川輸入合法數(shù)值回車即可改變當(dāng)前顯示 范圍。 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

10、對話框界面a.時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置對話框界面（如圖a）a圖時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)目標(biāo)電壓：a/d&d/a卡的da1端輸出階躍信號的幅值；間隔：a/d&d/a卡采集ad1輸入端信號時(shí)間間隔（采樣周期）；點(diǎn)數(shù)：1次階躍響應(yīng)a/d&d/a卡采集數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。階躍響應(yīng)信號時(shí)間=間隔數(shù)x點(diǎn)數(shù)如果數(shù)據(jù)釆集顯示界面x軸有10個(gè)格，那么每個(gè)格對應(yīng)的時(shí)間是：（間隔數(shù)x點(diǎn)數(shù)）/10。b.頻率特性實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置對話界面（b圖）3圖頻率特性實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置采集系統(tǒng)i5個(gè)周期的響應(yīng):將要在x軸上顯示5周（可設(shè)定）的正弦波曲線。自動：選定白動選項(xiàng)，系統(tǒng)將按照軟件設(shè)定的1組頻率進(jìn)行自動測試。顯示不同頻率的時(shí)間電壓

11、曲線, 測試結(jié)束后顯示bode圖和nyquist圖。第二部分自動控制理論實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)的模擬及其階躍響應(yīng)【預(yù)習(xí)要求】1認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，包括第一部分。知道如何從階躍響應(yīng)曲線求取慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的時(shí)間常 數(shù)t。2. 推導(dǎo)各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)參數(shù)與電路電阻、電容的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)前選定典型環(huán)節(jié)模擬電路的元件（電阻、 電容）數(shù)值?！咀⒁馐马?xiàng)】1. 由于a/d&d/a數(shù)據(jù)采集卡只能測量二5v+5v范圍內(nèi)的信號,所以電路參數(shù)的選擇（電路中的電 阻、電容值），應(yīng)使電路輸出的最大電壓值必須在5v+5v范圍內(nèi)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過實(shí)驗(yàn)熟悉并學(xué)握本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用方法。2. 學(xué)握用運(yùn)算放大器構(gòu)成各種典型

12、環(huán)節(jié)的方法。3. 熟悉各種典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其特性。二、實(shí)驗(yàn)要求1. 實(shí)驗(yàn)前復(fù)習(xí)教材中的有關(guān)內(nèi)容，做好預(yù)習(xí)報(bào)告。2. 按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，畫出實(shí)驗(yàn)線路圖，如實(shí)記錄原始數(shù)據(jù)與輸出波形圖。3. 解釋實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)彖，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值進(jìn)行比較分析。4. 綜合以上方面，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫要整齊、規(guī)范。三、實(shí)驗(yàn)儀器1. el-at-ii型自動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺2. 計(jì)算機(jī)一臺四、實(shí)驗(yàn)原理典型環(huán)節(jié)模擬實(shí)驗(yàn)是利運(yùn)算放大器的基本特性（開環(huán)增益高、輸入阻抗大、輸出阻抗小等），設(shè)置不同 的輸入網(wǎng)絡(luò)和輸出網(wǎng)絡(luò)來模擬各種典型環(huán)節(jié)。將輸入信號加到典型環(huán)節(jié)的輸入端，并利用計(jì)算機(jī)等測塑儀 器，測塑得典型環(huán)

13、節(jié)輸岀，便可得到典型環(huán)節(jié)的動態(tài)響應(yīng)曲線。1. 傳遞函數(shù)參數(shù)的測定crr(f)0ili-i比例環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)圖(1-1)設(shè)輸入信號為階躍函數(shù) 心二r 1，斤為階躍函數(shù)的幅值。比例環(huán)節(jié)®等kc= r（j）k = rxl k見圖1比例環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)圖，r（r） r、_ c(5)_ k慣性環(huán)節(jié)：g(s)=r(s) ts +1c(t) =e,/t ) = rx 1(/)k(1 一 et/t)(1- 2)見圖2慣性環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)圖，當(dāng)z=8時(shí)，由式(1-2)可得：c(oo)=廠(oo)k(l e,t ) = rxk (1-3)當(dāng)t "時(shí),由式(1-2)和(1-3)可得:c(t) = r(t)

14、k(l- etft ) = rxkx 0.632 = 0.632c(oo)所以，根據(jù)輸出穩(wěn)態(tài)值c(8),即可測出時(shí)間常數(shù)t.(3) 積分環(huán)節(jié)：g(s) = £®二丄r(s) tsc(z)= r(z)l = /?xl(/)x|(1-4)見圖3積分環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)圖，當(dāng)t =t時(shí)，由式(1-4)可得：c(r)= r(r)y = /?xl(z) = 7?比例+積分：g(s) = 3 = k+丄r(s) tsc(t)=廠(f)(k + *) = r x 1(f) x (k + *)見圖4比例+積分環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)圖，當(dāng)t = 0時(shí)，由式(1-5)可得： c(0) = m0)(k += rk

15、 kqr當(dāng)z二71寸，由式1-5)可得：圖1-3積分環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)圖(15)圖14比例+積分壞節(jié)階躍響應(yīng)c(t) = mt)(k+* =rk + r = c(0) + r五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是構(gòu)成多種典型環(huán)節(jié)的模擬電路，觀察各典型環(huán)節(jié)的動態(tài)特性以及參數(shù)變化對其動 態(tài)特性的影響。根據(jù)給出的電路、傳遞函數(shù)，寫出推導(dǎo)傳遞函數(shù)參數(shù)與電路參數(shù)關(guān)系的過程。1.比例環(huán)節(jié)r2g($) = - kr、比例環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)如圖1-5。圖中，rl、r2的值自定。實(shí)驗(yàn)步驟：(1) 啟動計(jì)算機(jī)，(2) 在實(shí)驗(yàn)箱上，按圖1-5連接電路。其屮電路的輸入u1接da1,輸出u2接adk檢查無誤后接 通實(shí)驗(yàn)

16、箱電源。(3) 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)o(4) 鼠標(biāo)單擊匕按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對話框。在參數(shù)設(shè)置對話框屮設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后 鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(5) 觀測計(jì)算機(jī)屏幕顯超的響應(yīng)曲線及數(shù)據(jù)。記錄波形，根據(jù)波形得到實(shí)際k值記入表1-1 >po雙擊顯示器右下腳,在彈出的窗口點(diǎn)擊停止按鈕，停止usb mass divce使用。然后關(guān)斷實(shí) 驗(yàn)箱的電源。2. 慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)如圖1-6o電路元件參數(shù)數(shù)值白圧。實(shí)驗(yàn)步驟:g(s)75 + 1(1) 在實(shí)驗(yàn)箱上，按圖1-6連接電路。其屮電路的輸入u1接da1,輸出u2接ade檢查

17、無誤后接 通實(shí)驗(yàn)箱電源。(2) 、(3)同比例環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟(3)、(4)相同。(4) 觀測計(jì)算機(jī)屏幕顯示出的響應(yīng)曲線及數(shù)據(jù)。記錄波形和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)k、t值。(5) 與比例環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟(6)相同。3. 積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-7o電路元件參數(shù)數(shù)值白左。u2ad1g(s) = _t = rc圖1-7積分壞節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟：(1) 在實(shí)驗(yàn)箱上，按圖1-7連接電路。其小電路的輸入u1接da1,輸出u2接adlo檢查無誤后接 通實(shí)驗(yàn)箱電源。(2) 、(3)同比例環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟(3)、(4)相同。(4) 觀測計(jì)算機(jī)屏幕顯示出的響應(yīng)曲線及數(shù)據(jù)。記錄波形和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)卩值。(5) 與比例環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟(6)

18、相同。4. 比例+積分環(huán)節(jié)比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖l-8o電路元件參數(shù)數(shù)值自定。u1da1g(s) = (k +寺)實(shí)驗(yàn)步驟:(1) 在實(shí)驗(yàn)箱上，按圖1-8連接電路。其屮電路的輸入u1接da1,輸出u2接adlo檢查無誤后接 通實(shí)驗(yàn)箱電源。(2) 、(3)同比例環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟(3)、(4)相同。(4)觀測計(jì)算機(jī)屏幕顯示出的響應(yīng)曲線及數(shù)據(jù)。記錄波形和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)k、廠值。與比例環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟(6)相同。表1t模擬環(huán)節(jié)電路元件參數(shù)值傳遞函數(shù)參數(shù)值階躍響應(yīng)曲線理論值實(shí)測值比例環(huán)節(jié) ri=r2= ri=r2=k=®k=®k=®k=慣性壞節(jié) ri=r2=c= ri=r

19、2=c= k=t= k=t=®k= t= k二t=積分環(huán)節(jié) r二c= r二c=®t=&滄比例+積分 ri=r_2= c= rlr2= c=®k= t=®k= t= k=t=®k= t=實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)模擬及動態(tài)性能分析【預(yù)習(xí)要求】1. 學(xué)握模擬仿真實(shí)驗(yàn)的原理以及時(shí)域性能指標(biāo)的測試方法。2. 畫出實(shí)驗(yàn)電路的結(jié)構(gòu)圖，求出電路的傳遞函數(shù)，從屮推導(dǎo)出電路與典型二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)中q”、 $的關(guān)系。3. 根據(jù)表1-1中給定的血“、$值，根據(jù)預(yù)習(xí)2,求出電路小所對應(yīng)元件的值，并填入表小。4. 按照實(shí)驗(yàn)中給出的系統(tǒng)參數(shù)值，計(jì)算出時(shí)域性能指標(biāo)的理論值，并填

20、入表中。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握運(yùn)用各種不同的典型環(huán)節(jié)組成并模擬二階系統(tǒng)的方法。2. 研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比匚和自然頻率©與系統(tǒng)動結(jié)構(gòu)z間的關(guān)系。3. 進(jìn)一步學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用方法。4. 學(xué)會根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)要求1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模频钩龈鳝h(huán)節(jié)傳遞函數(shù)以及系統(tǒng)的開環(huán)與閉環(huán)傳遞函數(shù)。2. 自擬詳細(xì)可行的實(shí)驗(yàn)步驟，并按步驟繪出實(shí)驗(yàn)線路，標(biāo)出原始數(shù)據(jù)，畫出輸出波形圖。3. 將不同阻尼比匸值的階躍響應(yīng)曲線圖加以比較，并與理論分析結(jié)果加以對照。4. 回答思考問題，寫出對本實(shí)驗(yàn)的體會和建議。5. 綜合以上方面，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫要整齊、規(guī)范。三、實(shí)驗(yàn)儀器1.

21、el-at-ii型自動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺2. 計(jì)算機(jī)一臺三、實(shí)驗(yàn)原理1. 模擬實(shí)驗(yàn)的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運(yùn)算放人器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng) 絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。 再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計(jì)算機(jī)等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài) 響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進(jìn)一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。2. 時(shí)域性能指標(biāo)的測量方法：超調(diào)量©%、峰值時(shí)間°、調(diào)節(jié)時(shí)間，(1) 在數(shù)據(jù)采集顯示畫而，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵在彈出菜單中選擇測量打開測

22、量游標(biāo)(虛線為游標(biāo)尺)如 圖21。重復(fù)前述步驟將隱藏測量游標(biāo)。(2) 拖動y軸兩個(gè)游標(biāo)y1和y2,測量響應(yīng)曲線上的最人值和穩(wěn)態(tài)值，計(jì)算出超調(diào)fi%o(3) 拖動x軸游標(biāo)測量響應(yīng)曲線最大值所對應(yīng)x軸數(shù)值為峰值時(shí)間tpo 拖動x軸游標(biāo)測量響應(yīng)曲線最后一次進(jìn)入穩(wěn)態(tài)誤差帶所對應(yīng)x軸數(shù)值為調(diào)節(jié)吋間四、x29859o 500 looo 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45°o 50005000 y2-4859 11圖2-1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.典型二階系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：”(s) =對應(yīng)的模擬電路如圖2-2所示。s2 + 2金s +斫(1) 根據(jù)電路圖畫出其結(jié)構(gòu)圖，求出電路

23、的傳遞函數(shù)。(2) 求出典型二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)中q、$與電路的關(guān)系。2. 根據(jù)系統(tǒng)模擬電路圖，連接二階系統(tǒng)。觀測二階系統(tǒng)不同系統(tǒng)參數(shù)值的階躍響應(yīng)，測岀超調(diào)暈、 峰值時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間，并記入表2-lo研究參數(shù)變化對動態(tài)性能和穩(wěn)定性的彫響。表1 1示值參數(shù)值tpts階躍響應(yīng)曲線理論值實(shí)測值理論值實(shí)測值理論值實(shí)測值©=10 rad/sq0.25c=l”r尸/?2=q0.5c=l”rl r2=qi c=燈 r產(chǎn)con= 100 rad/sq0.25c=0akf 尺尸 ry=q0.5 c=0.1” r、=r2=qic=0afr=r2=五、思考題1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明阻尼比匚對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。

24、2. 本實(shí)驗(yàn)電路中，電容c值的改變，將影響系統(tǒng)中哪些指標(biāo)的改變？將如何變化？說明原因。實(shí)驗(yàn)三控制系統(tǒng)頻率特性測量【預(yù)習(xí)要求】1. 閱讀實(shí)驗(yàn)原理部分，常握頻率特性的測量方法。2. 畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。3. 求出系統(tǒng)©%、。的理論值。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)握頻率特性的基本測試方法，進(jìn)一步理解頻率特性的物理意義。2. 根據(jù)系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性，確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。3. 掌握二階系統(tǒng)的頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)儀器1. el-at-ii型自動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺2. 計(jì)算機(jī)一臺三、實(shí)驗(yàn)原理1. 輸入、輸出波形直接測試法頻率特性的測量原理，如圖31所示。由信號發(fā)生器提供正弦輸入信號，每調(diào)定一

25、個(gè)頻率，待輸出穩(wěn)定后，即可在雙線記錄儀器獲得一組輸入和輸出波形，如圖32所示。圖3-1頻率特性測量原理幅頻特性|g(丿奶二2啓)2乙)相頻特性2. 測試頻率的選取選取合適的實(shí)驗(yàn)測試頻率的范圍是準(zhǔn)確確定系統(tǒng)頻率特性的關(guān)鍵。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)都為低通濾波器，在 頻率很低時(shí)，系統(tǒng)的輸出基本能完全復(fù)現(xiàn)輸入信號。通常，取被測對彖轉(zhuǎn)折頻率的1/10作為起始測試實(shí)驗(yàn) 頻率。如果被測對象的轉(zhuǎn)折頻率無法知道，則應(yīng)先確定最大測試頻率，首先逐漸增大輸入信號頻率，直到 輸出信號幅值人只有co=q時(shí)幅值7(0)/(50-100),此時(shí)的頻率確定為 %。測試頻率可在0妨際范圍內(nèi) 取若干各測試點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟被測系統(tǒng)的系統(tǒng)

26、傳遞函數(shù)為：（、）_400_1 一 s + 10s + 400 - 0.052 s + 2 x 0.05 x 0.25s + 11 1得轉(zhuǎn)角頻率q二亦20(sd/s) ,= 0.25被測系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路圖如下:1. 根據(jù)被測系統(tǒng)傳遞函數(shù)，畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路圖。2. 測試系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。3. 確定輸入正弦信號的頻率變化范圍和測試點(diǎn)。4. 用輸入、輸出波形直接測試法測試系統(tǒng)頻率特性，并記錄數(shù)據(jù)表3-1中。實(shí)驗(yàn)步驟1. 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。系統(tǒng)電路的的輸入u1和輸出u2分別接a/d&d/a卡模塊的da1 和ad1,檢查無誤后接通電源。2. 啟動計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo)自動控

27、制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行軟件。測試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正 常，通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3. 測試系統(tǒng)階躍響應(yīng)，記錄時(shí)域指標(biāo)如%和步驟同實(shí)驗(yàn)二。4. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)頻率特性測量,鼠標(biāo)單擊一 按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè) 置對話框。在參數(shù)設(shè)置對話框屮設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)并選擇：時(shí)間-電壓圖,然后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏 幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5. 分別測量2ym, a, b,記錄與表31中。測量頻率點(diǎn)的選取規(guī)則如下：1hz2hz（每間隔0. 2hz選取一個(gè)點(diǎn)）2hz3. 5hz（每間隔0. 1hz選取一個(gè)點(diǎn)）3. 5hz4. 5hz （每間隔0. 2h

28、z選取一個(gè)點(diǎn)）4. 5hz7hz（每間隔0. 5hz選取一個(gè)點(diǎn)）五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 畫出被測系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路圖。2. 根據(jù)實(shí)測系統(tǒng)階躍響應(yīng)的動態(tài)指標(biāo)©%和切求出實(shí)際系統(tǒng)的0和s o3. 根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，畫出bode圖，求出峰值a/八峰值頻率好。4. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到何、©值計(jì)算出：和g將結(jié)果與實(shí)際測試的值相比較，討論頻率特性測量的精度。5. 分析二階系統(tǒng)的頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系。f力=2對2xm(a)2y“3g（0）b®|<d(y)| = 2y”w)2x“g) a(q)x36(tb(®理論值：q為二tp=實(shí)驗(yàn)四連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正【預(yù)習(xí)要求】1. 畫出系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)電路圖。2. 寫出校止網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過程。3. 計(jì)算串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)以及對應(yīng)其校正網(wǎng)絡(luò)模擬電路中電阻、電容數(shù)值。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 加深理解串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用。2. 對給定系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計(jì)，并通過模擬實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性。二、實(shí)驗(yàn)儀器1. el-at-ii型白動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺2. 計(jì)算機(jī)一臺三、實(shí)驗(yàn)原理校正就是指在系統(tǒng)川加入一些裝置(其參數(shù)可根據(jù)需要調(diào)整)，使系統(tǒng)特性發(fā)生變化，從而滿足性能 要求的系統(tǒng)，按照規(guī)定的性能指標(biāo)確定校正