南昌大學(xué)自動控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

.....v..v.自動控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)工程：自動控制原理實(shí)驗(yàn)專業(yè)班級：學(xué)號：學(xué)生：目錄實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)的模擬研究實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)四一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性實(shí)驗(yàn)七頻域法串聯(lián)超前校正實(shí)驗(yàn)八頻域法串聯(lián)滯后校正. .實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)的模擬研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夂驼莆崭鞯湫铜h(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方法、傳遞函數(shù)表達(dá)式及輸出的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)對典型環(huán)節(jié)二、典型環(huán)節(jié)的方塊圖及傳遞函數(shù)表達(dá)式方塊圖 傳遞函數(shù)比例〔P〕

G

U(S)O KU(S)i積分〔〕

G

U(S)1OU(S)TSi比例積分

G

UO(S)K1)U(S) TS〔〕 i比例微分

G

UOU(S)

K(1TS)〔PD〕 i慣性環(huán)節(jié)〔T〕

G

U(S) KOU(S)1TSi. v .. .比例積分

G(S)

U (S)OU微分

(S)〔PID〕

K KpKTS三、實(shí)驗(yàn)儀器

p TS p diLABACT自控原理試驗(yàn)機(jī)一臺，裝有虛擬示波器程序的計(jì)算機(jī)一臺，導(dǎo)線假設(shè)干四、實(shí)驗(yàn)容及步驟1〕觀察比例環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線Ui。根據(jù)實(shí)驗(yàn)書上的比例環(huán)節(jié)模擬電路圖接線，構(gòu)造模擬電路。Uo改變比例系數(shù)，重新觀測結(jié)果，并記錄數(shù)據(jù)。2〕觀察慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線Ui。根據(jù)實(shí)驗(yàn)書上的慣性環(huán)節(jié)模擬電路圖接線，構(gòu)造模擬電路。Uo的實(shí)際響應(yīng)曲線。移動虛擬示波器橫游標(biāo)到4V*0.632T。改變時(shí)間常數(shù)T以及比例系數(shù)K,重新觀測結(jié)果，并記錄數(shù)據(jù)。. v .. .3〕觀察積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線號代替信號發(fā)生器中的人工階躍信號作為信號輸入U(xiǎn)i，該信號為0輸出時(shí)，將自動對模擬電路鎖零。根據(jù)實(shí)驗(yàn)書上的積分環(huán)節(jié)模擬電路圖接線，構(gòu)造模擬電路。翻開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開場，觀測波形。待完整波形出來后，移動虛擬示波器橫游標(biāo)到0V處，再移動另一根橫游標(biāo)到1V場到曲線的交點(diǎn)，量的慣性關(guān)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù)Ti。改變時(shí)間常數(shù)Ti，重新觀測結(jié)果，并記錄數(shù)據(jù)。4〕觀察比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線號代替信號發(fā)生器中的人工階躍信號作為信號輸入U(xiǎn)i，該信號為0輸出時(shí)，將自動對模擬電路鎖零。根據(jù)實(shí)驗(yàn)書上的比例積分環(huán)節(jié)模擬電路圖接線，構(gòu)造模擬電路。翻開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開場，觀測波形。待完整波形出來后，移動虛擬示波器橫游標(biāo)到1V處，再移動另一根橫游標(biāo)到Kp*到兩個(gè)交點(diǎn)，量的比例積分環(huán)節(jié)模擬電路時(shí)間常數(shù)Ti。改變時(shí)間常數(shù)Ti及比例系數(shù)K，重新觀測結(jié)果，并記錄數(shù)據(jù)。5〕觀察比例微分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線將函數(shù)信號發(fā)生器的矩形波輸出作為輸入信號Ui.. v .. .根據(jù)實(shí)驗(yàn)書上的比例微分環(huán)節(jié)模擬電路圖接線，構(gòu)造模擬電路。翻開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開場，觀測波形。曲線的交點(diǎn)，量得△t。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1〕比例環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線 2〕慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線3分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線 4〕比例積分環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲5〕比例微分環(huán)節(jié)的積分響應(yīng)曲線六、實(shí)驗(yàn)心得及總結(jié)實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮瘮?shù)標(biāo)準(zhǔn)式。研究Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)造參數(shù)--無阻尼振蕩頻率ωnξ程的影響。掌握欠阻尼Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號輸入時(shí)的動態(tài)性能指標(biāo)Mp、tp、. v .. .ts的計(jì)算。線，及在階躍信號輸入時(shí)的動態(tài)性能指標(biāo)Mp、tp、ts值，并與理論計(jì)算值作比對二、實(shí)驗(yàn)儀器LABACT設(shè)干三、實(shí)驗(yàn)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析單位階躍二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性開環(huán)傳遞函數(shù)：G(S) KTiS(TS閉環(huán)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式：

2 n1G(S) S2S21212TiKTKTiT自然頻率〔無阻尼振蕩頻率： KTiTn

阻尼比：1212超調(diào)量：MP

e 100%峰值時(shí)間：t 12nA2A3構(gòu)成。。圖一Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖一的二階系統(tǒng)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)及系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：積分環(huán)節(jié)〔A2單元〕的時(shí)間積分常數(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， K=1ξ=1.58>1 為過阻尼響應(yīng)當(dāng)R=40k， K=2.5 ξ=1 為臨界阻尼響應(yīng)，當(dāng)R=4k， K=25 ξ=0.316 0<ξ<1為欠阻尼響應(yīng)。欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)在階躍信號輸入時(shí)的動態(tài)指標(biāo)Mptpts的計(jì)算K=25、=0.316、=15.8〕〔1〕用信號n發(fā)生器的‘階躍信號輸出’和‘幅度控制電位器’構(gòu)造輸入信號Ui?！?〕按照實(shí)驗(yàn)書上的I型二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路圖接線，構(gòu)造模擬電路?！?〕翻開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開場，運(yùn)行、觀察輸出端Uo的實(shí)際響應(yīng)曲線?！?〕分別改變比例系數(shù)K，慣性時(shí)間常數(shù)T，積分時(shí)間常數(shù)Ti并記錄數(shù)據(jù)。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果改變比例系數(shù)理論值和實(shí)際值. v .. .表一輸出端C(t)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)：分別將〔A11〕中的直讀式可變電阻調(diào)整到 4K、40K、100K，用示波器察在三種增益K下，A6輸出端C(t)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)，分別見以下列圖：圖二R=4K圖三R=40K圖四100K改變時(shí)間積分常數(shù)實(shí)驗(yàn)值和理論值慣性時(shí)間常數(shù)記錄超調(diào)量MP，峰值時(shí)間tpts，見下表:Ti Mp%

tp/s

ts/s計(jì)算值

測量值

計(jì)算值

測量值

計(jì)算值

測量值0.51實(shí)驗(yàn)圖

48.5735.12

4235.5

0.1440.21

0.180.22

0.5990.601

0.620.73圖五Ti=0.5,T=0.1,R=4K圖六Ti=1改變慣性時(shí)間常數(shù)實(shí)驗(yàn)值和理論值. v .. .時(shí)間積分常數(shù)Ti=1，慣性環(huán)節(jié)增益K=25，R=4K，C1=2u，重新觀測結(jié)果，記錄超調(diào)量MP，峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts，見表三。Ti=1,R=4K,C1=2u,K=25T計(jì)算值Mp%測量值計(jì)算值tp/s測量值計(jì)算值ts/s測量值0.248.6445.50.28830.281.21.24135.1235.50.210.220.6010.73實(shí)驗(yàn)圖圖七T=0.1圖八T=0.2五、實(shí)驗(yàn)心得及總結(jié)實(shí)驗(yàn)三三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臄?shù)表達(dá)式。熟悉勞斯〔ROUTH〕判據(jù)使用方法。ROUTH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)儀器LABACT設(shè)干三．實(shí)驗(yàn)容及步驟實(shí)驗(yàn)電路圖. v .. .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。Ⅰ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)〔A2A3和A5〕構(gòu)成。Ⅰ型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖積分環(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KR30K41.7K100K閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為：1G(S)0S312S220S20K0aS0

aS1

aSa 02 3由ROUTH判據(jù)，得K12 R41.7K 系統(tǒng)穩(wěn)定K12 R41.7KΩ 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定K12 R41.7KΩ 系統(tǒng)不穩(wěn)定Ⅰ型三階閉環(huán)系統(tǒng)模擬電路圖見圖一，分別將〔A11到30K、41.7K、100K，跨接到A5單元〔H1〕和〔IN益進(jìn)展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟(1)用信號發(fā)生器的‘階躍信號輸出’和‘幅度控制電位器’構(gòu)造輸入信號Ui。(2)根據(jù)模擬電路圖接線，構(gòu)造模擬電路。(3)翻開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開場，運(yùn)行、觀察輸出端Uo的實(shí)際響應(yīng)曲線?！?〕改變時(shí)間常數(shù)，重新觀測結(jié)果，并記錄數(shù)據(jù)。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖一R=100kC2=C3=1u圖二R=41.7kC2=C3=1uf圖三R=30k C2=C3=1uf圖四R=100kC2=2ufC3=1uf圖五R=41.7kC2=2ufC3=1uf圖六R=30.0kC2=2ufC2=1uf圖七R=100kC2=1ufC3=2uf圖八R=41.7kC2=1ufC3=2uf五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得應(yīng)。使我們對勞斯判據(jù)的運(yùn)用更加的靈活。實(shí)驗(yàn)四一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線一、實(shí)驗(yàn)要求了解和掌握對數(shù)幅頻曲線和相頻曲線〔波德圖構(gòu)造及繪制方法。. v .. .二、實(shí)驗(yàn)儀器LABACT自控原理試驗(yàn)機(jī)一臺，裝有虛擬示波器程序的計(jì)算機(jī)一臺，導(dǎo)線假設(shè)干三、實(shí)驗(yàn)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。的動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。本實(shí)驗(yàn)將數(shù)/B2信號的頻率從低到高變化〔0.5Hz~64Hz，OUT2輸出施加于被測系統(tǒng)的輸入端r(t)，然后分別測量被測系統(tǒng)的輸出信號的對數(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)的頻率特性測試電路見圖3-2-1。圖3-2-1 慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測試電實(shí)驗(yàn)步驟：〔1〕將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器〔B2〕輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入?！?〕構(gòu)造模擬電路：按圖3-2-1安置短路套及測孔聯(lián)線?！?〕運(yùn)行、觀察、記錄：LABACT自動控制線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析-實(shí)驗(yàn)工程，選擇一階系統(tǒng)，就會彈出虛擬示波器的頻率特性界面，點(diǎn)擊開場，. v .. .實(shí)驗(yàn)機(jī)將自動產(chǎn)生0.5Hz~64Hz多個(gè)頻率信號，測試被測系統(tǒng)的頻率特性，等待將近十分鐘，測試完畢。②測試完畢后，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)展切L、、ImRe等相關(guān)數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊停頓后，將停頓示波器運(yùn)行。A6的輸入電阻R=50K100K200KR2=50KT=0.05A6的反響電容C2=1u2u3uR1=50KR2=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。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1)R=5K歐 C=1U特性相頻特性(2)R=100K歐C=1U幅相特性相頻特性五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得

幅頻幅相特性幅相特性曲線. v ......v..v.實(shí)驗(yàn)五二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膔rR和虛頻特性I的計(jì)算。

w和相頻特性實(shí)頻特性rrLw、阻尼比對諧振頻率wrrrr

w的影響及w

（w的計(jì)算。rrrr觀察和分析欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)的諧振頻率算值作比對。rrrr二、實(shí)驗(yàn)儀器

、諧振峰值

w），并與理論計(jì)LABACT自控原理試驗(yàn)機(jī)一臺，裝有虛擬示波器程序的計(jì)算機(jī)一臺，導(dǎo)線假設(shè)干三、實(shí)驗(yàn)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。公式換算，獲得其開環(huán)頻率特性。14142180(c

22 14γ值越小，Mp%越大，振蕩越厲害；γ值越大，Mp%小，調(diào)節(jié)時(shí)間ts越長因此為使二階閉環(huán)系統(tǒng)不致于振蕩太厲害及調(diào)節(jié)時(shí)間太長，一般希望：30°≤γ≤70°ωc=14.186 γ=34.93°本實(shí)驗(yàn)所構(gòu)成的二階系統(tǒng)符合要求，被測系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖1所示〔1〕將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器〔B2〕輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入。〔2〕構(gòu)造模擬電路：安置短路套及測孔聯(lián)線表〔3〕運(yùn)行、觀察、記錄：圖一二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測試電路積分環(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〕四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益：改變模擬單元A3的輸入電阻R10K2K理論值和實(shí)測值分別如下表一和表二所示：理論計(jì)算值RKWnξWrL(Wr)10k10100.57.071.254k2515.80.31614.134.442k5022.360.22421.217.2表一實(shí)測值. .RΦImReWrL(Wr)10k-55.3-0.930.646.911.044k-63.7-1.440.7113.194.122k-69.5-2.060.7720.116.85表二實(shí)驗(yàn)圖圖二R=10k 圖三R=4K圖四R=2k改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果2改變模擬單元A的反響電容C 12323理論值和實(shí)測值分別如下表3和表4所示:C2TWnξWrL(Wr)1μ0.115.810.31614.144.442μ0.211.180.22410.67.23μ0.39.130.1838.828.88表六. v ......v..v.C2ΦImReWrL(Wr)1μ-63.7-1.440.7113.194.122μ-56.5-1.741.159.426.43μ-63.2-2.291.168.178.19表七實(shí)驗(yàn)圖圖五〔C2=1μC2=2μ〕圖七〔C2=3μ實(shí)驗(yàn)結(jié)果1改變積分環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變模擬單元A的反響電容C 1213C1TiC1TiWnξWrL(Wr)1μ0.522.360.22421.217.22μ115.810.31614.144.44表十一C1ΦImReWrL(Wr)1μ-66.1-2.020.920.116.92μ-63.7-1.440.7113.194.12表十二實(shí)驗(yàn)圖圖八〔C1=1μC2=1μ五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得rLw和相頻特性）r實(shí)頻特性R和虛頻特性I的計(jì)算。了解和掌握欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中

w、阻尼比對諧振頻率w

w的影響及w和rrrrr（w的計(jì)算。rrrrr實(shí)驗(yàn)六二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯勘碚飨到y(tǒng)穩(wěn)定程度的相位裕度 和幅值穿越頻率

c對系統(tǒng)的影響。c了解和掌握二階開環(huán)系統(tǒng)中的對數(shù)幅頻特性L()和相頻特性()特性和虛頻特性的計(jì)算。c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 的算。c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γ和幅值穿越頻率二、實(shí)驗(yàn)儀器LABACT三．實(shí)驗(yàn)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。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ωc、相位裕度γ：幅值穿越頻率:c

11442222 14c180(c

)arctanγ值越小，Mp%越大，振蕩越厲害；γ值越大，Mp%小，調(diào)節(jié)時(shí)間ts越長，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，一般希望：30°≤γ≤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：ω cγ=34.93°被測系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖3-2-2所示。實(shí)驗(yàn)步驟：〔1〕將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器〔B2〕輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入?！?〕構(gòu)造模擬電路：安置短路套及測孔聯(lián)線如圖一。. .〔3〕運(yùn)行、觀察、記錄四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖一二階開環(huán)系統(tǒng)頻率特性測試電路改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益：改變模擬單元A3

R10K4K2K理論值和實(shí)測值分別如下表一和表二所示：理論計(jì)算值RKWnξWcγ10k10100.57.8651.84k2515.80.31614.1334.92k5022.360.22421.2725.2實(shí)測值表一RΦImReWcγ10k-120.3-0.97-0.576.9159.74k-144.2-0.59-0.8113.8235.82k-153.7-0.46-0.9420.1126.3表二實(shí)驗(yàn)圖圖二〔R=10K〕圖三〔R=4K〕圖四〔R=2K〕2改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：實(shí)驗(yàn)結(jié)果2改變模擬單元A3

的反響電容C理論值和實(shí)測值分別如下表6和表7所示：C2TWnξWcγ1μ0.115.810.31614.334.92μ0.211.180.22410.621.273μ0.39.130.1839.020.73表六C2 Φ Im Re Wc γ. v ......v..v.1μ-144.2-0.59-0.8113.8235.82μ-142.6-0.66-0.8313.1937.43μ-154.5-0.44-0.9210.0525.5表七實(shí)驗(yàn)圖圖五〔C2=1μ〕圖六〔C2=2μ〕圖七〔C2=3μ〕實(shí)驗(yàn)結(jié)果1改變積分環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：改變模擬單元A3的反響電容C1

理論值和實(shí)測值分別如下表十一和表十二所示：C1TiWnξWcγ1μ0.522.360.22416.6921.272μ115.810.31614.334.9C1ΦImReWcγ1μ-153.7-0.47-0.9520.1126.32μ-144.2-0.59-0.8113.8233.8表十二實(shí)驗(yàn)圖圖八〔C1=1μ〕圖九〔C1=2μ〕五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得通過本次實(shí)驗(yàn)，我們掌握了對表征系統(tǒng)穩(wěn)定程度的相位裕度和幅值穿越頻率c的計(jì)算。通過實(shí)驗(yàn)我們了解了γ值越小,Mp%越大,振蕩越厲害;γ值越大,Mp%小,調(diào)節(jié)時(shí)間ts越長,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。通過本次實(shí)驗(yàn)，對課本的知識更加的充分理解。實(shí)驗(yàn)七頻域法串聯(lián)超前校正一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡臉?gòu)造及繪制方法。了解和掌握超前校正的原理，及超前校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)的計(jì)算。方法。觀察和分析系統(tǒng)未校正和串聯(lián)超前校正后的開環(huán)對數(shù)幅頻特性L(頻特性(，幅值穿越頻率處ωc′，相位裕度γ，并與理論計(jì)算值作比對。二、實(shí)驗(yàn)儀器LABACT自控原理試驗(yàn)機(jī)一臺，裝有虛擬示波器程序的計(jì)算機(jī)一臺，導(dǎo)線假設(shè)干三、實(shí)驗(yàn)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析引入頻域法串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡(luò)后的二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性的測試未校正系統(tǒng)模擬電路圖圖一未校正系統(tǒng)模擬電路圖圖一未校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G(S) 60.2S(10.3S)模擬電路的各環(huán)節(jié)參數(shù)：積分環(huán)節(jié)〔A5 單元〕的積分時(shí)間常Ti=R1*C1=0.2S，慣性環(huán)節(jié)〔A6 單元〕的慣性時(shí)間常數(shù) T=R2*C2=0.3S，開環(huán)增K=R2/R3=6。實(shí)驗(yàn)步驟〔1〕將函數(shù)發(fā)生器單元的矩形波輸出作為系統(tǒng)輸入 Ui〔連續(xù)的正輸出寬度夠大的階躍信號)〔2〕按照上圖電路接線，構(gòu)造模擬電路?！?〕翻開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開場，運(yùn)行、觀察輸出端Uo的實(shí)際響應(yīng)曲線。〔4〕待一個(gè)完整的波形出來后，點(diǎn)擊停頓，然后移動游標(biāo)測量其超調(diào)量、峰值時(shí)間及調(diào)節(jié)時(shí)間。在未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性特性曲線上可測得時(shí)域特性：超調(diào)量Mp=56.4%，峰值時(shí)間tp=0.32S，調(diào)節(jié)時(shí)間ts=1.8S(△=5時(shí))未校正系統(tǒng)的頻域特性的測試未校正系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖見圖二。圖二未校正系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖〔1〕將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入U(xiǎn)i。〔2〕按照上圖接線，構(gòu)造模擬電路?！?〕翻開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開場，運(yùn)行、觀察輸出端Uo的實(shí)際響應(yīng)曲線。在未校正系統(tǒng)模擬電路的相頻特性曲線上可測得未校正系統(tǒng)頻域特性：穿越頻率ωc=9.4rad/s，相位裕度γ=18.9°3.3超前校正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)位裕度γ=18.9°。②如果設(shè)計(jì)要求校正后系統(tǒng)的相位裕度必須為： '5019942，Sinm

0.67。其中△為考慮到(＜C C

')時(shí)，所需減的角度，一般取5°~10°。a

1sinm1sinmm

10.671-0.67④可計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的最大超前相位角

處的對數(shù)幅頻值為：m⑤在系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線〔圖三〕上，可測得 )7dB時(shí)的角頻率 =14.4rad/s，該角頻率應(yīng)是網(wǎng)絡(luò)的最大超前角頻率，這亦是串聯(lián)超前校m正后系統(tǒng)的零分貝頻率'。c⑥據(jù)式 3-3-2 可計(jì)算出計(jì)算串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：aT am

1 0.031，14.42.24⑦據(jù)式3-3-5 令C=1u，計(jì)算出：R4=155K， R5=38.7K⑧因?yàn)閍=5，所以系統(tǒng)開環(huán)增益應(yīng)改為K'Ka6530,

(S)C

110.155S5 10.031S串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的頻域特性的測試：圖三串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖GS)

110.155S 30實(shí)驗(yàn)步驟：

5 10.031S 0.2S(10.3S)〔1〕在圖二上，取消A1單元〔OUT〕到A5單元〔H1〕的聯(lián)線，再根據(jù)圖三增加串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)線?！?〕運(yùn)行、觀察、記錄：在串聯(lián)超前校正后的相頻特性曲線上可測得串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的頻域特性：穿越頻率ωc=14.45rad/s，相位裕度γ=54.5°串聯(lián)超前校正系統(tǒng)的時(shí)域特性的測試串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)時(shí)域特性測試的模擬電路：圖四串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)時(shí)域特性測試的模擬電路圖具體步驟〔1〕安置短路套及測孔聯(lián)線表，頻率特性測試模塊可聯(lián)可不聯(lián)，只須把示波器CH1接到A3單元信號輸出端C(tr(t)從B2元〔OUT2〕改為從B5OUT〕輸入?！?〕運(yùn)行、觀察、記錄：運(yùn)行程序，OUT從0V階躍+2.5V時(shí)被測系統(tǒng)的時(shí)域特性，等待一個(gè)完整的波形出來后，點(diǎn)擊停頓，然后移動游標(biāo)測量其超調(diào)量、峰值時(shí)間及調(diào)節(jié)時(shí)間。在串聯(lián)超前校正后的時(shí)域特性特性曲線上可測得時(shí)域特性：超調(diào)量Mp=18.8%，調(diào)節(jié)時(shí)間ts=0.38S(△=5時(shí))，峰值時(shí)間tp=0.18S四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)域特性頻域特性時(shí)域特性頻域特性未校正系統(tǒng)

超調(diào)量Mp 峰值時(shí)間tp/s 調(diào)節(jié)時(shí)間ts/s

剪切頻率ω 相角裕度c/(rad/s)實(shí)際圖

理 論 實(shí) 驗(yàn) 理 論 實(shí) 驗(yàn) 理 論 實(shí) 驗(yàn) 理論值 實(shí) 驗(yàn) 理 論 實(shí) 值 值 值 值 值 值 值 值 值56.4% 58.3% 0.32 0.32 1.8 1.8 9.728.818.9°19.6°表一圖五未校正時(shí)圖六校正時(shí)域五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得效果差，在RC網(wǎng)絡(luò)需要更大電阻和電容，另外還需要額外的放大器增益。超前校正適用于要求系統(tǒng)快速響時(shí)。實(shí)驗(yàn)八頻域法串聯(lián)遲后校正一、實(shí)驗(yàn)要求1的構(gòu)造及繪制方法。2．了解和掌握遲后校正的原理，及遲后校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)的計(jì)算。法。觀察和分析系統(tǒng)未校正和串聯(lián)遲后校正后的開環(huán)對數(shù)幅頻特性L(和相頻特性()ωc′，相位裕度γ，實(shí)驗(yàn)儀器LABACT自控原理試驗(yàn)機(jī)一臺，裝有虛擬示波器程序的計(jì)算機(jī)一臺，導(dǎo)線假設(shè)干。三、實(shí)驗(yàn)容及步驟本實(shí)驗(yàn)用于觀察和分析引入頻域法串聯(lián)遲后校正網(wǎng)絡(luò)后的二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。未校正系統(tǒng)的時(shí)域特性的測試未校正系統(tǒng)的模擬電路圖圖一未校正系統(tǒng)模擬電路圖GS數(shù)：

100.2S(10.1S)

模擬電路的各環(huán)節(jié)參積分環(huán)節(jié)〔A2單元〕的積分時(shí)間常數(shù)Ti=R1*C1=0.2S，慣性環(huán)節(jié)〔A3單元〕的慣性時(shí)間常數(shù)T=R2*C2=0.1S。開環(huán)增益K=R2/R3=10實(shí)驗(yàn)步驟〔1〕將函數(shù)發(fā)生器單元的矩形波輸出作為系統(tǒng)輸入R?！?〕按照上圖接線，構(gòu)造模擬電路?！?〕翻開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開場，運(yùn)行、觀察輸出端Uo的實(shí)際響應(yīng)曲線?！?〕觀察OUT從0V階躍+2.5V時(shí)被測系統(tǒng)的時(shí)域特性，等待一個(gè)完整的波形出來后，點(diǎn)擊停頓，然后移動游標(biāo)測量其超調(diào)量、峰值時(shí)間及調(diào)節(jié)時(shí)間。在時(shí)域特性特性曲線上可測得時(shí)域特性：超調(diào)量Mp= 51.6%，調(diào)節(jié)時(shí)間ts=1.05S(△=5時(shí))，峰值時(shí)間tp= 未校正系統(tǒng)的頻域特性的測試未校正系統(tǒng)的頻域特性模擬電路圖圖二未校正系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖實(shí)驗(yàn)步驟〔1〕將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入?！?〕按照上電路圖接線構(gòu)造模擬電路?！?〕翻開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開場，運(yùn)行、觀察輸出端Uo的實(shí)際響應(yīng)曲線?！?〕觀察OUT從0V階躍+2.5V時(shí)被測系統(tǒng)的時(shí)域特