自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、第三章自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)3.1 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析3.1.1 典型環(huán)節(jié)的模擬研究一. 實(shí)驗(yàn)要求1 了解和掌握各典型環(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方法、傳遞函數(shù)表達(dá)式及輸出時(shí)域函數(shù)表達(dá)式2 觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，了解各項(xiàng)電路參數(shù)對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響二典型環(huán)節(jié)的方塊圖及傳遞函數(shù)1PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 方 塊 圖傳遞函數(shù)比例（P）U O (S)G(S) = = KU i (S)積分（I）U O (S) 1G(S) = =U i (S) TS比例積分（PI）U O (S) 1G(S) = = K( 1 + )U i (S) TS比例微

2、分（PD）U O (S)G(S) = = K ( 1 + TS )U i (S)慣性環(huán)節(jié)（T）U O (S) KG(S) = =U i (S) 1 + TS比例積分微分（PID）U O (S)G(S) =U i (S)K p= K p + + K pTd STi S三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，可用普通示波器，也可選用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器。如果選用虛擬示波器，只要運(yùn)行 LABACT 程序，選擇自動(dòng)控制菜單下的線性系統(tǒng)的時(shí)域分析下的典型環(huán)節(jié)的模擬研究中的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的 CH1 測(cè)孔測(cè)量波形。具體用法參

3、見用戶手冊(cè)中的示波器部分。1)觀察比例環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型比例環(huán)節(jié)模擬電路如圖 3-1-1 所示。圖 3-1-1典型比例環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST不能用“短路套”短接！（1）用信號(hào)發(fā)生器（B1）的階躍信號(hào)輸出 和幅度控制電位器構(gòu)造輸入信號(hào)（Ui）：B1 單元中電位器的左邊 K3 開關(guān)撥下（GND），右邊 K4 開關(guān)撥下（0/+5V 階躍）。階躍信號(hào)輸出（B1的 Y 測(cè)孔）調(diào)整為 4V（調(diào)節(jié)方法：按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕，L9 燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測(cè)量 Y 測(cè)孔）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3-1-1 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線（3）

4、運(yùn)行、觀察、記錄：（注：CH1 選×1檔。時(shí)間量程選×1檔） 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕（0+4V 階躍），用示波器觀測(cè) A6 輸出端（Uo）的實(shí)際響應(yīng)曲線 Uo（t）。 改變比例系數(shù)（改變運(yùn)算模擬單元 A1 的反饋電阻 R1），重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2)觀察慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路如圖 3-1-4 所示。圖 3-1-4典型慣性環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST不能用“短路套”短接?。?）用信號(hào)發(fā)生器（B1）的階躍信號(hào)輸出 和幅度控制電位器構(gòu)造輸入信號(hào)（Ui）：B1 單元中電位器的左邊 K3 開關(guān)撥下（GND

5、），右邊 K4 開關(guān)撥下（0/+5V 階躍）。階躍信號(hào)輸出（B12PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S7（電阻 R1=100K）2A6S2，S61信號(hào)輸入（Ui）B1（Y） A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUTA6（H1）的 Y 測(cè)孔）調(diào)整為 4V（調(diào)節(jié)方法：按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕，L9 燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測(cè)量 Y 測(cè)孔）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3-1-4 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線（3）運(yùn)行、觀察、記錄：（注：CH1 選×1檔。時(shí)間量程選×

6、1檔）打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用示波器觀測(cè) A6 輸出端（Uo），按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕時(shí)（0+4V 階躍），等待完整波形出來后，移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到 4V（輸入）×0.632處，得到與慣性的曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開始到曲線的交點(diǎn)，量得慣性環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù) T。A6 輸出端（Uo）的實(shí)際響應(yīng)曲線 Uo（t）。改變時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)（分別改變運(yùn)算模擬單元 A1 的反饋電阻 R1 和反饋電容 C），重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3)觀察積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖 3-1-5 所示。圖 3-1-5典型積分環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步

7、驟：注：S ST用短路套短接?。?）為了避免積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號(hào)（OUT），代替信號(hào)發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入（Ui）；該信號(hào)為零輸出時(shí)，將自動(dòng)對(duì)模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān) S2 置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器 1”，使之矩形波寬度 1 秒左右（D1 單元左顯示）。 調(diào)節(jié) B5 單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓= 1V（D1 單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3-1-5 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線（3）運(yùn)行、觀察、

8、記錄：（注：CH1 選×1檔。時(shí)間量程選×1檔） 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用示波器觀測(cè) A6 輸出端（Uo），調(diào)節(jié)調(diào)寬電位器使寬度從 0.3秒開始調(diào)到積分輸出在虛擬示波器頂端（即積分輸出電壓接近+5V）為止。等待完整波形出來后，移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到 0V 處，再移動(dòng)另一根橫游標(biāo)到V=1V（與輸入相等）處，得到與積分的曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開始到曲線的交點(diǎn)，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù) Ti。A6 輸出端（Uo）的實(shí)際響應(yīng)曲線 Uo（t）。 改變時(shí)間常數(shù)（分別改變運(yùn)算模擬單元 A1 的輸入電阻 Ro 和反饋電容 C），重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)

9、告。（可將運(yùn)算模擬單元 A1 的輸入電阻的短路套（S4）去掉，將可變?cè)欤ˋ11）中的可變電阻跨3PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S10（電容 C=1uf）2A6S2，S63B5S-ST模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S8，S10（電容 C=1uf）2A6S2，S61信號(hào)輸入（Ui）B5（OUT）A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A6（H1）1信號(hào)輸入（Ui）B1（Y） A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A6（H1）接到 A1 單元的 H1 和 IN 測(cè)孔上，調(diào)整可變電阻繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。）4)觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲

10、線典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路如圖 3-1-8 所示.。圖 3-1-8典型比例積分環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接?。?）為了避免積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號(hào)（OUT），代替信號(hào)發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入（Ui）；該信號(hào)為零輸出時(shí)將自動(dòng)對(duì)模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān) S2 置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器 1”，使之矩形波寬度 1 秒秒左右（D1 單元左顯示）。 調(diào)節(jié) B5 單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓 = 1V（D1 單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路

11、：按圖 3-1-8 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線（3）運(yùn)行、觀察、記錄：（注：CH1 選×1檔。時(shí)間量程調(diào)選×1檔） 打開虛擬示波器的單跡界面，點(diǎn)擊開始，用示波器觀測(cè) A6 輸出端（Uo）。 待完整波形出來后，移動(dòng)虛擬示波器橫游標(biāo)到 1V（與輸入相等）處，再移動(dòng)另一根橫游標(biāo)到V=Kp×輸入電壓處，得到與積分曲線的兩個(gè)交點(diǎn)。 再分別移動(dòng)示波器兩根縱游標(biāo)到積分曲線的兩個(gè)交點(diǎn)，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù) Ti。 改變時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)（分別改變運(yùn)算模擬單元 A5 的輸入電阻 Ro 和反饋電容 C），重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。5)觀察比

12、例微分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路如圖 3-1-9 所示。圖 3-1-9典型比例微分環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接!（1）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的矩形波輸出作為系統(tǒng)輸入 R。（連續(xù)的正輸出寬度足夠大的階躍信號(hào)) 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān) S2 置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器 1”，使之矩形波寬度 1 秒左右（D1 單元左顯示）。 調(diào)節(jié) B5 單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓 = 0.5V（D1 單元右顯示）。4PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)

13、建 模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S4，S8，S9（電容 C=2uf）2A6S2，S63B5S-ST1信號(hào)輸入（Ui）B5（OUT A5（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A5（OUT）A6（H1）（2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3-1-9 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線（3）運(yùn)行、觀察、記錄： CH1 選×1檔。時(shí)間量程選4檔。 打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用示波器觀測(cè)系統(tǒng)的 A6 輸出端（Uo），響應(yīng)曲線見圖 3-1-10。等待完整波形出來后，把最高端電壓（4.77V）減去穩(wěn)態(tài)輸出電壓（0.5V），然后乘以 0.632，得到V=2.7V。 移動(dòng)虛擬示波器兩根橫游標(biāo)，從最高端開始到

14、V=2.7V 處為止，得到與微分的指數(shù)曲線的交點(diǎn)，再移動(dòng)虛擬示波器兩根縱游標(biāo)，從階躍開始到曲線的交點(diǎn)，量得t=0.048S。 已知 KD=10，則圖 3-1-9 的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路微分時(shí)間常數(shù)：TD = K D × t = 0.48S6)觀察 PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)模擬電路如圖 3-1-11 所示。圖 3-1-11PID（比例積分微分）環(huán)節(jié)模擬電路實(shí)驗(yàn)步驟：注：S ST用短路套短接?。?）為了避免積分飽和，將函數(shù)發(fā)生器（B5）所產(chǎn)生的周期性矩形波信號(hào)（OUT），代替信號(hào)發(fā)生器（B1）中的人工階躍輸出作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入（Ui）；該信號(hào)為零輸出

15、時(shí)將自動(dòng)對(duì)模擬電路鎖零。 在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中矩形波（矩形波指示燈亮）。 量程選擇開關(guān) S2 置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器 1”，使之矩形波寬度 0.1 秒左右（D1 單元左顯示）。 調(diào)節(jié) B5 單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓= 0.2V（D1 單元右顯示）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3-1-11 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線（3）運(yùn)行、觀察、記錄： （CH1 選×1檔。時(shí)間量程選4檔） 打開虛擬示波器的單跡界面，點(diǎn)擊開始，用示波器觀測(cè) A6 輸出端（Uo）。 等待完整波形出來后，移動(dòng)虛擬示波器兩根橫游標(biāo)使之V=

16、Kp×輸入電壓，得到與積分的曲線的兩個(gè)交點(diǎn)。 再分別移動(dòng)示波器兩根縱游標(biāo)到積分的曲線的兩個(gè)交點(diǎn)，量得積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù) Ti。注意：該實(shí)驗(yàn)由于微分的時(shí)間太短，較難捕捉到，必須把波形擴(kuò)展到最大（/ 4 檔），但有時(shí)仍無法顯示微分信號(hào)。定量觀察就更難了，因此，建議用一般的示波器觀察。 改變時(shí)間常數(shù)及比例系數(shù)（分別改變運(yùn)算模擬單元 A2 的輸入電阻 Ro 和反饋電阻 R1），重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。5PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 模塊號(hào)跨接座號(hào)1A2當(dāng)電阻 R1=10K 時(shí)S1，S72A6S2，S63B5S-ST模塊號(hào)跨接座

17、號(hào)1A4S4，S92A6S2，S63B5S-ST1信號(hào) 輸 入（Ui）B5（OUT）A2（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2（OUT）A6（H1）1信號(hào)輸入(Ui)B5（OUT）A4（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A4（OUT）A6（H1）3.1.2 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一實(shí)驗(yàn)要求1. 了解和掌握典型二階系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成方法及型二階閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式。2. 研究型二階閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)-無阻尼振蕩頻率n、阻尼比對(duì)過渡過程的影響。3. 掌握欠阻尼型二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) Mp、tp、ts 的計(jì)算。4. 觀察和分析型二階閉環(huán)系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼的瞬態(tài)響應(yīng)曲線，及在階躍信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)

18、性能指標(biāo) Mp、tp、ts 值，并與理論計(jì)算值作比對(duì)。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。開環(huán)傳遞函數(shù)： G(S ) =KTiS (TS + 1)閉環(huán)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式： (s) =G(S )1 + G(S )n2S + 2n S + n2自然頻率（無阻尼振蕩頻率）： n = KTiT；阻尼比： = 1 Ti2KT超調(diào)量 ： M P =e1 2× 100%；峰值時(shí)間：tp= n 1 2有二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖 3-1-7 所示。它由積分環(huán)節(jié)（A2）和慣性環(huán)節(jié)（A3）構(gòu)成。圖 3-1-8型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖 3-1-8 的二階系統(tǒng)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)及系統(tǒng)的

19、傳遞函數(shù)：積分環(huán)節(jié)（A2 單元）的積分時(shí)間常數(shù) Ti=R1*C1=1S慣性環(huán)節(jié)（A3 單元）的慣性時(shí)間常數(shù) T=R2*C2=0.1S該閉環(huán)系統(tǒng)在 A3 單元中改變輸入電阻 R 來調(diào)整增益 K，R 分別設(shè)定為 4k、40k、100k 。當(dāng) R=100k，當(dāng) R=40k，K=1 =1.58 >1 為過阻尼響應(yīng)，K=2.5 =1 為臨界阻尼響應(yīng)，當(dāng) R=4k，K=25 =0.3160<<1 為欠阻尼響應(yīng)。欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)指標(biāo) Mp、 p、 s 的計(jì)算： K=25、 =0.316、 n =15.8）型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路見圖 3-1-8。該環(huán)節(jié)在 A3 單元中

20、改變輸入電阻 R 來調(diào)整衰減時(shí)間。實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST不能用“短路套”短接！（1）用信號(hào)發(fā)生器（B1）的階躍信號(hào)輸出 和幅度控制電位器構(gòu)造輸入信號(hào)（Ui）：B1 單元中電位器的左邊 K3 開關(guān)撥下（GND），右邊 K4 開關(guān)撥下（0/+5V 階躍）。階躍信號(hào)輸出（B1的 Y 測(cè)孔）調(diào)整為 2V（調(diào)節(jié)方法：按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕，L9 燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測(cè)量 Y 測(cè)孔）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3-1-8 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。6PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 = 2t t （a）安置短路套（3）虛擬示波器（

21、B3）的聯(lián)接：示波器輸入（b）測(cè)孔聯(lián)線端 CH1接到 A6 單元信號(hào)輸出端 OUT（C(t)）。注：CH1 選×1檔。（4）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行 LABACT 程序，選擇自動(dòng)控制菜單下的線性系統(tǒng)的時(shí)域分析下的二階典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1 測(cè)孔測(cè)量波形。也可選用普通示波器觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 分別將（A11）中的直讀式可變電阻調(diào)整到 4K、40K、100K，按下 B1 按鈕，用示波器觀察在三種增益 K 下，A6 輸出端 C(t)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)。 改變積分時(shí)間常數(shù) Ti（慣性時(shí)間常數(shù) T=0.1

22、，慣性環(huán)節(jié)增益 K=25，R=4K，C2=1u），重新觀測(cè)結(jié)果，記錄超調(diào)量 MP，峰值時(shí)間 tp 和調(diào)節(jié)時(shí)間 ts，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（計(jì)算值實(shí)驗(yàn)前必須按公式計(jì)算出） 改變慣性時(shí)間常數(shù) T（積分時(shí)間常數(shù) Ti=1，慣性環(huán)節(jié)增益 K=25，R=4K，C1=2u）重新觀測(cè)結(jié)果，記錄超調(diào)量 MP，峰值時(shí)間 tp 和調(diào)節(jié)時(shí)間 ts，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（計(jì)算值實(shí)驗(yàn)前必須按公式計(jì)算出）3.1.3 三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一實(shí)驗(yàn)要求1. 了解和掌握典型三階系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成方法及型三階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)表達(dá)式。2. 熟悉勞斯（ROUTH）判據(jù)使用方法。3. 應(yīng)用勞斯（ROUTH）判據(jù)，觀察和分析型三階系統(tǒng)在階躍信號(hào)輸

23、入時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定及不穩(wěn)定三種瞬態(tài)響應(yīng)。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析三階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路如圖 3-1-8 所示。它由積分環(huán)節(jié)（A2）、慣性環(huán)節(jié)（A3 和 A5）構(gòu)成。圖 3-1-11型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖圖 3-1-11 的型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)及系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：7PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 1信號(hào)輸入 r(t)B1（Y） A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUTA2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2（OUTA3（H1）4負(fù)反饋A3（OUTA1（H2）5運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUTA6（H1）6跨接元件4

24、K、40K、100K元件庫 A11 中直讀式可變電阻跨接到 A3（H1）和（IN）之間模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S2，S10，S113A3S8，S104A6S2，S6積分環(huán)節(jié)（A2 單元）的積分時(shí)間常數(shù) Ti=R1*C1=1S，慣性環(huán)節(jié)（A3 單元）的慣性時(shí)間常數(shù) T1=R3*C2=0.1S， K1=R3/R2=1慣性環(huán)節(jié)（A5 單元）的慣性時(shí)間常數(shù) T2=R4*C3=0.5S，K2=R4/R=500k/R該系統(tǒng)在 A5 單元中改變輸入電阻 R 來調(diào)整增益 K，R 分別為 30K、41.7K、100K 。閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為：1 + G(S ) = 0, S 3 + 12S 2 +

25、20S + 20K = 0（3-1-6）特征方程標(biāo)準(zhǔn)式：a0S 3 + a1S 2 + a2 S + a3 = 0（3-1-7）由 ROUTH 判據(jù)，得 0 < K < 12 R > 41.7K 系統(tǒng)穩(wěn)定K > 12 R < 41.7K 系統(tǒng)不穩(wěn)定型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖見圖 3-1-11，分別將（A11）中的直讀式可變電阻調(diào)整到 30K、41.7K、100K，跨接到 A5 單元（H1）和（IN）之間，改變系統(tǒng)開環(huán)增益進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟： 注：S ST不能用“短路套”短接?。?）用信號(hào)發(fā)生器（B1）的階躍信號(hào)輸出 和幅度控制電位器構(gòu)造輸入信號(hào)（Ui）：B1 單元中

26、電位器的左邊 K3 開關(guān)撥下（GND），右邊 K4 開關(guān)撥下（0/+5V 階躍）。階躍信號(hào)輸出（B1-2的 Y 測(cè)孔）調(diào)整為 2V（調(diào)節(jié)方法：按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕，L9 燈亮，調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測(cè)量 Y 測(cè)孔）。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3-1-11 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：示波器（b）測(cè)孔聯(lián)線輸入端 CH1接到 A5 單元信號(hào)輸出端 OUT（C(t)）。注：CH1 選X1檔。（4）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行 LABACT 程序，選擇自動(dòng)控制菜單下的線性系統(tǒng)的時(shí)域分析下的三階典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛擬示波器

27、的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1 測(cè)孔測(cè)量波形。也可選用普通示波器觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 分別將（A11）中的直讀式可變電阻調(diào)整到 30K、41.7K、100K，按下 B1 按鈕，用示波器觀察 A5單元信號(hào)輸出端 C（t）的系統(tǒng)階躍響應(yīng)。 改變時(shí)間常數(shù)（分別改變運(yùn)算模擬單元 A3 和 A5 的反饋電容 C2、C3），重新觀測(cè)結(jié)果，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。8PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 1信號(hào)輸入 r(t)B1（Y） A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2（OUT）A3（H1）4運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUT

28、）A5（H1）5運(yùn)放級(jí)聯(lián)A5（OUT）A6（H1）6負(fù)反饋A6（OUT）A1（H2）7跨接元件30K、41.7K、100K元件庫 A11 中直讀式可變電阻跨接到 A5（H1）和（IN）之間模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S2，S10，S113A3S4，S8，S104A5S7，S105A6S2，S6K = 12 R = 41.7K 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定3.2 線性控制系統(tǒng)的頻域分析3.2.1 一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線一實(shí)驗(yàn)要求了解和掌握對(duì)數(shù)幅頻曲線和相頻曲線（波德圖）、幅相曲線（奈奎斯特圖）的構(gòu)造及繪制方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線。頻域分析法是應(yīng)用頻率特性研

29、究線性系統(tǒng)的一種經(jīng)典方法。它以控制系統(tǒng)的頻率特性作為數(shù)學(xué)模型，以波德圖或其他圖表作為分析工具，來研究和分析控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。本實(shí)驗(yàn)將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號(hào)發(fā)生器，自動(dòng)產(chǎn)生的超低頻正弦信號(hào)的頻率從低到高變化（0.5Hz64Hz），OUT2 輸出施加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端 r(t)，然后分別測(cè)量被測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的對(duì)數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)運(yùn)算后在虛擬示波器中顯示。慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測(cè)試電路見圖 3-2-1。圖 3-2-1慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測(cè)試電路實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出 OUT2 作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3-2-1 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，

30、表如下。（a）安置短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行 LABACT 程序，選擇自動(dòng)控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析-實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇一階系統(tǒng)，就會(huì)彈出虛擬示波器的頻率特性界面，點(diǎn)擊開始，實(shí)驗(yàn)機(jī)將自動(dòng)產(chǎn)生 0.5Hz64Hz 多個(gè)頻率信號(hào)，測(cè)試被測(cè)系統(tǒng)的頻率特性，等待將近十分鐘，測(cè)試結(jié)束。 測(cè)試結(jié)束后，可點(diǎn)擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項(xiàng)進(jìn)行切換，將顯示被測(cè)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖），同時(shí)在界面上方將顯示該系統(tǒng)用戶點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的 L、 、Im、Re 等相關(guān)數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊停止后，將停止示波器運(yùn)行。 改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益：改變 A6 的輸

31、入電阻 R=50K、100K、200K。C=1u，R2=50K（T=0.05）。改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變 A6 的反饋電容 C2=1u、2u、3u。R1=50K、R2=50K（K=1）注：本實(shí)驗(yàn)要求慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益不能大于 1。9PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 1信號(hào)輸入B2（OUT2）A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A6（H1）3相位測(cè)量A6（OUT） A8（CIN1）4A8（COUT1） B4（A2）5B4（Q2） B8（IRQ6）6幅值測(cè)量A6（OUT） B7（IN6）模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S2，S62A6S4，S7，S93.2.

32、2 二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一實(shí)驗(yàn)要求1 了解和掌握二階閉環(huán)系統(tǒng)中的對(duì)數(shù)幅頻特性 L() 和相頻特性 () ，實(shí)頻特性 Re() 和虛頻特性Im() 的計(jì)算2 了解和掌握欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中的自然頻率n、阻尼比對(duì)諧振頻率r 和諧振峰值 L(r)的影響及r 和 L(r) 的計(jì)算。3 觀察和分析欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)的諧振頻率r、諧振峰值 L(r)，并與理論計(jì)算值作比對(duì)。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線。本實(shí)驗(yàn)以第 3.1.2 節(jié)二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性中二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路為例，令積分時(shí)間常數(shù)為 Ti，慣性時(shí)間常數(shù)為 T，開環(huán)增益為 K，可得： 自然頻率： n =KT

33、iT阻尼比： =1 Ti2KT（3-2-1）諧振頻率： r= n 1 2 2諧振峰值： L( r ) = 20 lg12 1 2（3-2-2）頻率特性測(cè)試電路如圖 3-2-2 所示，其中慣性環(huán)節(jié)（A3 單元）的 R 用元件庫 A7 中可變電阻取代。圖 3-2-4二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試電路積分環(huán)節(jié)（A2 單元）的積分時(shí)間常數(shù) Ti=R1*C1=1S，慣性環(huán)節(jié)（A3 單元）的慣性時(shí)間常數(shù) T=R3*C2=0.1S，開環(huán)增益 K=R3/R。設(shè)開環(huán)增益 K=25（R=4K），各環(huán)節(jié)參數(shù)代入式（3-2-1），得：n = 15.81= 0.316；再代入式（3-2-2），得：諧振頻率：r = 14.14

34、 諧振峰值： L( r ) = 4.44注 1：根據(jù)本實(shí)驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)況，要求構(gòu)成被測(cè)二階閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼比必須滿足 0.102 ，否則模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（B7 元）將產(chǎn)生削頂。注 2：實(shí)驗(yàn)機(jī)在測(cè)試頻率特性時(shí)，實(shí)驗(yàn)開始后，實(shí)驗(yàn)機(jī)將按序自動(dòng)產(chǎn)生 0.5Hz16Hz 等多種頻率信號(hào)，當(dāng)被測(cè)系統(tǒng)的輸出 C (t ) ±60mV 時(shí)將停止測(cè)試。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出 OUT2 作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3-2-4 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線10PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 1信

35、號(hào)輸入B2（OUT2） A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）A2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUT）A6（H1）4負(fù)反饋A3（OUT）A1（H2）5A6模塊號(hào)S2，S6跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S2，S11，S123A3S8，S9（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出 OUT2 作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入，運(yùn)行 LABACT 程序，在界面的自動(dòng)控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析-實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇二階系統(tǒng)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，實(shí)驗(yàn)開始后，實(shí)驗(yàn)機(jī)將自動(dòng)產(chǎn)生 0.5Hz16Hz 等多種頻率信號(hào)，等待將近十分鐘，測(cè)試結(jié)束后，觀察閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線。 測(cè)試結(jié)束后，可

36、點(diǎn)擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項(xiàng)進(jìn)行切換，將顯示被測(cè)系統(tǒng)的閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖）。圖 3-2-4 的被測(cè)二階系統(tǒng)的閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻所示。 顯示該系統(tǒng)用戶點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的、L、 、Im、Re實(shí)驗(yàn)機(jī)在測(cè)試頻率特性結(jié)束后，將提示用戶用鼠標(biāo)直接在幅頻或相頻特性曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)（為了教育上的方便，本實(shí)驗(yàn)機(jī)選取的頻率值 f，以 0.1Hz 為分辨率，例如所選擇的信號(hào)頻率 f值為 4.19Hz，則被認(rèn)為 4.1 Hz 送入到被測(cè)對(duì)象的輸入端），實(shí)驗(yàn)機(jī)將會(huì)把鼠標(biāo)點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的頻率信號(hào)送入到被測(cè)對(duì)象的輸入端，然后檢測(cè)該頻率的頻率特性。檢測(cè)完成后在界面上

37、方顯示該頻率點(diǎn)的 f、L、 、Im、Re 相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)在曲線上打十字標(biāo)記。如果增添的頻率點(diǎn)足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。鼠標(biāo)在界面上移動(dòng)時(shí)，在界面的左下角將會(huì)同步顯示鼠標(biāo)位置所選取的角頻率值及幅值或相位值。在(AedkLabACT兩階頻率特性數(shù)據(jù)表)中將列出所有測(cè)試到的頻率點(diǎn)的閉環(huán) L、 、Im、Re 等相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量。注：該數(shù)據(jù)表不能自動(dòng)更新，只能用關(guān)閉后再打開的辦法更新。 諧振頻率和諧振峰值的測(cè)試：在閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線中用鼠標(biāo)在曲線峰值處點(diǎn)擊一下，待檢測(cè)完成后就可以根據(jù)十字標(biāo)記測(cè)得該系統(tǒng)的諧振頻率r ，諧振峰值 L(r)，見圖 3-2-5；實(shí)驗(yàn)結(jié)果可與式（3-2-9）的計(jì)算值進(jìn)行比

38、對(duì)。注：用戶用鼠標(biāo)只能在幅頻或相頻特性曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)，無法在幅相曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)。 改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益：改變運(yùn)算模擬單元 A3 的輸入電阻 R=10K、4K、2K。Ti=1（C1=2u），T=0.1（C2=1u）（ R 減小（減?。?。改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變運(yùn)算模擬單元 A3 的反饋電容 C2=1u、2u、3u。Ti=1（C1=2u），K=25（R=4K），（C2 增加 (減小)）。改變積分環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變運(yùn)算模擬單元 A3 的反饋電容 C1=1u、2u。T=0.1（C2=1u），K=25（R=4K） ，(C1 減小（減?。?。重新觀測(cè)結(jié)果，界面上方將顯

39、示該系統(tǒng)用戶點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的、L、Im、Re、諧振頻率r ，諧振峰值 L(r)等相關(guān)數(shù)據(jù)，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。11PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 6相位測(cè)量A6（OUT） A8（CIN1）7A8（COUT1） B4（A2）8B4（Q2） B8（IRQ6）9幅值測(cè)量A6（OUT） B7（IN4）10跨接元件（4K）元件庫 A11 中可變電阻跨接到A2（OUT）和 A3（IN）之間諧振頻率r諧振峰值 L(r)圖 3-2-5被測(cè)二階閉環(huán)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻曲線3.2.3 二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一實(shí)驗(yàn)要求1研究表征系統(tǒng)穩(wěn)定程度的相位裕度 和幅值穿越頻率 c

40、對(duì)系統(tǒng)的影響。2了解和掌握二階開環(huán)系統(tǒng)中的對(duì)數(shù)幅頻特性 L() 和相頻特性 () ，實(shí)頻特性 Re() 和虛頻特性Im() 的計(jì)算。3了解和掌握欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)中的相位裕度 和幅值穿越頻率 c 的計(jì)算。4觀察和分析欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)波德圖中的相位裕度和幅值穿越頻率c，與計(jì)算值作比對(duì)。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線。由于型系統(tǒng)含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它在開環(huán)時(shí)響應(yīng)曲線是發(fā)散的，因此欲獲得其開環(huán)頻率特性時(shí)，還是需構(gòu)建成閉環(huán)系統(tǒng)，測(cè)試其閉環(huán)頻率特性，然后通過公式換算，獲得其開環(huán)頻率特性。計(jì)算欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中的幅值穿越頻率c、相位裕度：幅值穿越頻率： c = n 

41、15;1 + 4 4 2 2（3-2-3）相位裕度： = 180o + ( c ) = arctan224（3-2-4）值越小，Mp%越大，振蕩越厲害；值越大，Mp%小，調(diào)節(jié)時(shí)間 ts 越長(zhǎng)，因此為使二階閉環(huán)系統(tǒng)不致于振蕩太厲害及調(diào)節(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，一般希望：30°70°本實(shí)驗(yàn)以第 3.2.2 節(jié)二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線為例，得：（3-2-5）c =14.186=34.93°本實(shí)驗(yàn)所構(gòu)成的二階系統(tǒng)符合式（3-2-5）要求。被測(cè)系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖 3-2-2 所示。（同二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試構(gòu)成）本實(shí)驗(yàn)將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元作為信號(hào)發(fā)生器，自動(dòng)產(chǎn)生的超低頻正弦

42、信號(hào)的頻率從低到高變化（0.5Hz16Hz），OUT2 輸出施加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端 r(t)，然后分別測(cè)量被測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)運(yùn)算后在虛擬示波器中顯示。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出 OUT2 作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入。12PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 2 + 1 + 4（2）構(gòu)造模擬電路：安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線表同笫 3.2.2 節(jié)二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線測(cè)試。（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出 OUT2 作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入，運(yùn)行 LABACT 程序，在界面的自動(dòng)控制菜單下的線性控制

43、系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析-實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇二階系統(tǒng)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始，實(shí)驗(yàn)開始后，實(shí)驗(yàn)機(jī)將自動(dòng)產(chǎn)生 0.5Hz16H 等多種頻率信號(hào)，等待將近十分鐘，測(cè)試結(jié)束后，觀察閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線。 待實(shí)驗(yàn)機(jī)把閉環(huán)頻率特性測(cè)試結(jié)束后，再在示波器界面左上角的紅色開環(huán)或閉環(huán)字上雙擊，將在示波器界面上彈出開環(huán)閉環(huán)選擇框，點(diǎn)擊確定后，示波器界面左上角的紅字，將變?yōu)殚_環(huán)然后再在示波器界面下部頻率特性選擇框點(diǎn)擊（任一項(xiàng)），在示波器上將轉(zhuǎn)為開環(huán)頻率特性顯示界面。可點(diǎn)擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項(xiàng)進(jìn)行切換，將顯示被測(cè)系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖）。在

44、開環(huán)頻率特性界面上，亦可轉(zhuǎn)為閉環(huán)頻率特性顯示界面，方法同上。在頻率特性顯示界面的左上角，有紅色開環(huán)或閉環(huán)字表示當(dāng)前界面的顯示狀態(tài)。圖 3-2-4 的被測(cè)二階系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 3-2-6 所示。 顯示該系統(tǒng)用戶點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的、L、 、Im、Re實(shí)驗(yàn)機(jī)在測(cè)試頻率特性結(jié)束后，將提示用戶用鼠標(biāo)直接在幅頻或相頻特性曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)（為了教育上的方便，本實(shí)驗(yàn)機(jī)選取的頻率值 f，以 0.1Hz 為分辨率，例如所選擇的信號(hào)頻率 f值為 4.19Hz，則被認(rèn)為 4.1 Hz 送入到被測(cè)對(duì)象的輸入端），實(shí)驗(yàn)機(jī)將會(huì)把鼠標(biāo)點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的頻率信號(hào)送入到被測(cè)對(duì)象的輸入端，然后檢測(cè)該頻率

45、的頻率特性。檢測(cè)完成后在界面上方顯示該頻率點(diǎn)的 f、L、 、Im、Re 相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)在曲線上打十字標(biāo)記。如果增添的頻率點(diǎn)足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。鼠標(biāo)在界面上移動(dòng)時(shí)，在界面的左下角將會(huì)同步顯示鼠標(biāo)位置所選取的角頻率值及幅值或相位值。在AedkLabACT兩階頻率特性數(shù)據(jù)表中將列出所有測(cè)試到的頻率點(diǎn)的開環(huán) L、 、Im、Re 等相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量。注：該數(shù)據(jù)表不能自動(dòng)更新，只能用關(guān)閉后再打開的辦法更新。 幅值穿越頻率c ，相位裕度的測(cè)試：在開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線中，用鼠標(biāo)在曲線 L()=0 處點(diǎn)擊一下，待檢測(cè)完成后，就可以根據(jù)十字標(biāo)記測(cè)得系統(tǒng)的幅值穿越頻率c ，見圖 3-2-6 (a）；同時(shí)

46、還可在開環(huán)對(duì)數(shù)相頻曲線上根據(jù)十字標(biāo)記測(cè)得該系統(tǒng)的相位裕度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可與式（3-2-11）和（3-2-12）的理論計(jì)算值進(jìn)行比對(duì)。注 1：用戶用鼠標(biāo)只能在幅頻或相頻特性曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)，無法在幅相曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)。注 2：由于本實(shí)驗(yàn)機(jī)采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD0809 分辨率（8 位）的局限，造成了信號(hào)幅度測(cè)量誤差。這誤差對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)特性的測(cè)量影響不大；但是在計(jì)算和繪制開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線時(shí)，這誤差就影響大了，反映到特性曲線上，感覺不平滑。注 3：頻率點(diǎn)如選擇在 0.1 Hz0.4Hz 時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD0809 分辨率（8 位）的局限及被測(cè)系統(tǒng)的離散性將

47、帶來較大的誤差，其數(shù)據(jù)僅供參考。 改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益：改變運(yùn)算模擬單元 A3 的輸入電阻 R=10K、4K、2K。Ti=1（C1=2u），T=0.1（C2=1u）（ R 減?。p小）。改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變運(yùn)算模擬單元 A3 的反饋電容 C2=1u、2u、3u。Ti=1（C1=2u），K=25（R=4K），（C2 增加 (減小)）。改變積分環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變運(yùn)算模擬單元 A3 的反饋電容 C1=1u、2u。T=0.1（C2=1u），K=25（R=4K） ，(C1 減?。p?。?。重新觀測(cè)結(jié)果，界面上方將顯示該系統(tǒng)用戶點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的、L、Im、Re、諧振頻率r ，諧振峰值 L(r)等相關(guān)數(shù)據(jù)，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。13PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 穿越頻率c圖 3-2-6被測(cè)二階開環(huán)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻曲線3.2.4 頻率特性的時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本實(shí)驗(yàn)將正弦波發(fā)生器（B5）單元SIN測(cè)孔作為信號(hào)源，加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端，同時(shí)加到虛擬示波器 CH1 端口作為基準(zhǔn)，被測(cè)系統(tǒng)的輸出加到示波器 CH2 端口。待運(yùn)行停止后，虛擬示波器將以 CH1端口輸入的正弦信號(hào)周期，用弧度作為 X 軸坐標(biāo)進(jìn)行顯示。被測(cè)系統(tǒng)的模擬電路圖見圖 3-2-7。注：被測(cè)系統(tǒng)必須是一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)。圖 3-