自控實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、<p>　　實(shí)驗(yàn)一 典型系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析</p><p><b>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　?。?）研究二階系統(tǒng)的特征參量對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響；</p><p>　?。?）研究二階對(duì)象的三種阻尼比下的響應(yīng)曲線及系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析；</p><p>　　（3）熟悉Routh判據(jù)，用Rout

2、h判據(jù)對(duì)三階系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。</p><p><b>　　二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備</b></p><p>　　PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套</p><p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容</b></p><p>　　1.典型的二階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析</p><p>　?。?/p>

3、1）結(jié)構(gòu)框圖：如圖1.2-1所示</p><p>　?。?）對(duì)應(yīng)的模擬電路圖</p><p><b>　?。?）理論分析</b></p><p>　　系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為；開(kāi)環(huán)增益。</p><p><b>　?。?）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　先算出臨界阻尼、欠阻尼

4、、過(guò)阻尼時(shí)電阻R的理論值，再將理論值應(yīng)用與模擬電路中，觀察二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)定性，應(yīng)與理論分析基本吻合。在此實(shí)驗(yàn)中</p><p><b>　　系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為</b></p><p>　　其中自然振蕩角頻率；阻尼比：。</p><p>　　2.典型的三階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析</p><p><b>　?。?）

5、結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　?。?）模擬電路圖：如圖1.2-2所示。</p><p><b>　　（3）理論分析</b></p><p>　　系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為（其中），</p><p><b>　　系統(tǒng)的特征方程為。</b></p><p><b

6、>　　（4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)前由Routh判斷得Routh行列式為</p><p>　　1 20</p><p>　　12 </p><p><b>　　0</b></p><p>&l

7、t;b>　　0</b></p><p>　　為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，第一列各值應(yīng)為正數(shù)，所以有</p><p>　　得0<K<12 → R>41.7KΩ 系統(tǒng)穩(wěn)定</p><p>　　K=12 → R=41.7KΩ 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定</p><p>　　K>12 → R<41

8、.7KΩ 系統(tǒng)不穩(wěn)定</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　1.將信號(hào)源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個(gè)運(yùn)放單元均設(shè)置了鎖零場(chǎng)效應(yīng)管，所以運(yùn)放具有鎖零功能。將開(kāi)關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“OUT”端輸出的方波幅值為1V，周期為10s左右</p><p>

9、　　2.典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試</p><p>　?。?）按模擬電路圖1.2-2接線，將1中的方波信號(hào)戒指輸入端，取R=10K。</p><p>　?。?）用示波器觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線C(t)，測(cè)量并記錄超調(diào)Mp、峰值時(shí)間Tp和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts。</p><p><b>　　R=10K：</b></p><p>　?。?

10、）分別按R=60K;160K;200K;改變系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益，觀察響應(yīng)曲線C(t)，測(cè)量并記錄性能指標(biāo)Mp、Tp和Ts，及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并將測(cè)量值和計(jì)算值進(jìn)行比較（實(shí)驗(yàn)前必須按公式計(jì)算出）。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1.2-1中，表1.2-2中已填入了一組參考測(cè)量值，供參照。</p><p><b>　　R=50K：</b></p><p><b>　　R=160K：&l

11、t;/b></p><p><b>　　R=200K：</b></p><p><b>　　表1.2-1</b></p><p>　　3.典型三階系統(tǒng)的性能</p><p>　　（1）按圖1.2-4接線，將1中的方波信號(hào)接至輸入端，取R=30K。</p><p>　?。?/p>

12、2）觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，并記錄波形</p><p><b>　　R=30K：</b></p><p>　?。?）減小開(kāi)環(huán)增益（R=41.7K;100K），觀察響應(yīng)曲線，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1.2-3中。表1.2-4中已填入了一組參考測(cè)量值，供參照。（略）</p><p><b>　　R=41.7K：</b></p>

13、;<p><b>　　R=100K:</b></p><p><b>　　表1.2-3</b></p><p>　　五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析與討論</p><p>　　1.典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)實(shí)驗(yàn)參考測(cè)試值見(jiàn)表1.2-2。</p><p><b>　　表1.2-2</b&g

14、t;</p><p><b>　　其中、、、</b></p><p>　　2、典型三階系統(tǒng)在不同開(kāi)環(huán)增益下的響應(yīng)情況實(shí)驗(yàn)參考測(cè)試值見(jiàn)表1.2-4。</p><p><b>　　表1.2-4</b></p><p>　　3、注意：在做實(shí)驗(yàn)前一定要進(jìn)行對(duì)象整定，否則將會(huì)導(dǎo)致理論值和實(shí)際測(cè)量值相差較大。&

15、lt;/p><p>　　4、由于實(shí)驗(yàn)箱上各元件不一定完全精確、測(cè)量誤差等因素的存在導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理想實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定差距屬正常現(xiàn)象，并非實(shí)驗(yàn)失敗。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)二 線性系統(tǒng)的根軌跡分析</p><p><b>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　（1）根據(jù)對(duì)象的開(kāi)環(huán)傳函，作出根軌跡圖</p>

16、<p>　?。?）掌握用根軌跡法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性</p><p>　　（3）通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證根軌跡方法</p><p><b>　　二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備</b></p><p>　　PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套</p><p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容</b></

17、p><p>　　1.實(shí)驗(yàn)對(duì)象的結(jié)構(gòu)框圖：如圖2.1-1所示</p><p>　　2.模擬電路構(gòu)成：如圖2.1-2所示</p><p>　　系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益為K=500KΩ/R，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　3.繪制根軌跡</b></p><p>　?。?）由開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)分母多項(xiàng)式中最高階次

18、n=3，故根軌跡分支數(shù)為3。開(kāi)環(huán)有三個(gè)極點(diǎn)：</p><p>　　（2）實(shí)軸上的根軌跡</p><p>　?、倨鹗加?、-1、-2，其中-2終止于無(wú)窮遠(yuǎn)處</p><p>　?、谄鹗加?和-1的兩條根軌跡在實(shí)軸上相遇后分離，分離點(diǎn)為</p><p>　　顯然不在根軌跡上，所以為系統(tǒng)的分離點(diǎn)。將帶入特征方程</p><p&g

19、t;　?。?）根軌跡與虛軸的交點(diǎn)</p><p>　　將S=jW代入特征方程可得：</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算，將這些數(shù)值標(biāo)注在S平面上，并連成光滑的粗實(shí)線，如下圖所示。圖上的粗實(shí)線就稱為該系統(tǒng)的根軌跡。其箭頭表示隨著K值的增加，根軌跡的變化趨勢(shì)，而標(biāo)注的數(shù)值則代表與特征根位置相應(yīng)的開(kāi)環(huán)增益K的數(shù)值。</p><p>　　4.根據(jù)根軌跡圖分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性<

20、;/p><p>　　根據(jù)圖所示的根軌跡圖，當(dāng)開(kāi)環(huán)增益K由零變化到無(wú)窮大時(shí)，可以獲得系統(tǒng)的下述性能：R=500/K。</p><p>　　（1）當(dāng)K=3，即R=166KΩ時(shí)，閉環(huán)極點(diǎn)有一對(duì)在虛軸上的根，系統(tǒng)等幅振蕩，臨界穩(wěn)定。</p><p>　?。?）當(dāng)K>3，即R<166KΩ時(shí)，兩條根軌跡進(jìn)入S右半平面，系統(tǒng)不穩(wěn)定。</p><p>

21、;　?。?）當(dāng)0<K<3，即R>166KΩ時(shí)，兩條根軌跡進(jìn)入S左半平面，系統(tǒng)穩(wěn)定。</p><p>　　上述分析表明，根軌跡與系統(tǒng)性能之間有密切的聯(lián)系。利用根軌跡不僅能夠分析閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能以及參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響，而且還可以根據(jù)對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)特性的要求確定可變參數(shù)和調(diào)整開(kāi)環(huán)零、極點(diǎn)位置以及改變它們的個(gè)數(shù)。這就是說(shuō)，根軌跡法可以用來(lái)解決線性系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)題。由于他們是一種圖解求根的方法

22、，比較直觀，避免了求解高階系統(tǒng)特征根的麻煩，所以，根軌跡在工程實(shí)踐中獲得了廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　1.繪制根軌跡圖：實(shí)驗(yàn)前根據(jù)對(duì)象傳函畫(huà)出對(duì)象的根軌跡圖，對(duì)其穩(wěn)定性及暫態(tài)性能做出理論上的判斷。并確定各種狀態(tài)下系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益K的取值及相應(yīng)的電阻值R。</p><p>　　2. 將信號(hào)源單元

23、的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個(gè)運(yùn)放單元均設(shè)置了鎖零場(chǎng)效應(yīng)管，所以運(yùn)放具有鎖零功能。將開(kāi)關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“OUT”端輸出的方波幅值為1v，周期為10左右。</p><p>　　注意：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于“ST”端和“S”端短接，運(yùn)放具有鎖零功能。而該對(duì)象的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，看不全整個(gè)響應(yīng)過(guò)程，此時(shí)只需在響應(yīng)過(guò)程中將信號(hào)源中的“ST”端和“S”端之間的短路塊拔掉即可。

24、</p><p>　　3.按模擬電路圖接線，并且要求對(duì)系統(tǒng)每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行整定；將2中的方波信號(hào)加至輸入端。</p><p>　　4.改變對(duì)象的開(kāi)環(huán)增益，即改變電阻R的值，用示波器的“CH1”和“CH2”表筆分別測(cè)量輸入端和輸出端，觀察對(duì)象的時(shí)域響應(yīng)曲線，應(yīng)該和理論分析吻合。</p><p>　　發(fā)散（小于166K）：</p><p>　　臨界穩(wěn)

25、定（R=166KΩ）：</p><p>　　收斂（大于166K）：</p><p><b>　　五、實(shí)驗(yàn)思考與討論</b></p><p>　　1、如何通過(guò)改造根軌跡來(lái)改善系統(tǒng)的品質(zhì)？</p><p>　　答：可通過(guò)增加開(kāi)環(huán)的零、極點(diǎn)來(lái)改造根軌跡, 來(lái)改善系統(tǒng)的品質(zhì)</p><p><b&g

26、t;　　2、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：</b></p><p>　?。?）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于“ST”端和“S”端短接，運(yùn)放具有鎖零功能。而該對(duì)象的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，看不全整個(gè)響應(yīng)過(guò)程，此時(shí)只需在響應(yīng)過(guò)程中將信號(hào)源中的“ST”端和“S”端之間的短路塊拔掉即可。</p><p>　?。?）此次實(shí)驗(yàn)中對(duì)象須嚴(yán)格整定，否則可能會(huì)導(dǎo)致和理論值相差較大。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)三

27、 線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析</p><p><b>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　?。?）掌握波特圖的繪制方法及由波特圖來(lái)確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳函</p><p>　?。?）掌握試驗(yàn)方法測(cè)量系統(tǒng)的波特圖</p><p><b>　　二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備</b></p><p>

28、　　PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC（或TD-ACS）教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套</p><p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容</b></p><p><b>　?。ㄒ唬?shí)驗(yàn)原理</b></p><p><b>　　1.頻率特性</b></p><p>　　當(dāng)輸入正弦信號(hào)時(shí)，線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)相應(yīng)

29、具有隨頻率（ 由0變至）而變化的特性。頻率響應(yīng)法的基本思想是：盡管控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)不是正弦函數(shù)，而是其他形式的周期函數(shù)或非周期函數(shù)，但是，實(shí)際上的周期信號(hào)，都能滿足狄利克萊條件，可以用富式級(jí)數(shù)展開(kāi)為各種諧波分量，而非周期信號(hào)也可以使用富式積分表示為連續(xù)的頻譜函數(shù)。因此，根據(jù)控制系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)，可推算出系統(tǒng)在任意周期信號(hào)或非周期信號(hào)作用下的運(yùn)動(dòng)情況。</p><p>　　2.線性系統(tǒng)的頻率特性</

30、p><p>　　系統(tǒng)的正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)具有和正弦輸入信號(hào)的幅值比和相位差隨角頻率（w由0變到∞）變化的特性。而幅值比和相位差恰好是函數(shù)中的模和福角。所以只要把系統(tǒng)的傳遞函數(shù)中令，s=jw，即可得到。我們把稱為系統(tǒng)的頻率特性或頻率傳遞函數(shù)。當(dāng)w由0到∞變化時(shí)，隨頻率w的變化特性成為幅頻特性，隨頻率w的變化特性稱為相頻特性。幅頻特性和相頻特性結(jié)合在一起時(shí)稱為頻率特性。</p><p>　　3.頻率特性

31、的表達(dá)式</p><p>　?。?）對(duì)數(shù)頻率特性：又稱波特圖，它包括對(duì)數(shù)幅頻和對(duì)數(shù)相頻兩條曲線，是頻率響應(yīng)法中廣泛使用的一組曲線。這兩組曲線連同它們的坐標(biāo)組成了對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖。</p><p>　　對(duì)數(shù)頻率特性圖的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?、偎迅鞔?lián)環(huán)節(jié)幅值的乘除化為加減運(yùn)算，簡(jiǎn)化了開(kāi)環(huán)頻率特性的計(jì)算與作圖。</p><p>　?、诶脻u近直

32、線來(lái)繪制近似的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線，而且對(duì)數(shù)相頻特性曲線具有奇對(duì)稱于轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)的性質(zhì)，這些可使作圖大為簡(jiǎn)化。</p><p>　?、弁ㄟ^(guò)對(duì)數(shù)的表達(dá)式，可以在一張圖上既能繪制出頻率特性的中高頻率特性，又能清晰地畫(huà)出其低頻特性</p><p>　　（2）極坐標(biāo)圖（或稱為奈奎斯特圖）</p><p>　?。?）對(duì)數(shù)幅相圖（或稱為尼科爾斯圖）</p><p&

33、gt;　　本次實(shí)驗(yàn)中，采用對(duì)數(shù)頻率特性圖來(lái)進(jìn)行頻域響應(yīng)的分析研究。試驗(yàn)中提供了兩種實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法：直接測(cè)量和間接測(cè)量。</p><p><b>　　直接頻率特性的測(cè)量</b></p><p>　　用來(lái)直接測(cè)量對(duì)象的輸出憤率特性，適用于：時(shí)域啊應(yīng)曲線收斂的對(duì)象（如慣性環(huán)節(jié)）該方法在時(shí)域1曲線窗口將信號(hào)源和被測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線顯示出來(lái)，直接測(cè)量對(duì)象輸出與信號(hào)源的相位差及幅值衰

34、減情況，就可得到對(duì)象的頻率特性。</p><p><b>　　間接頻率特性的測(cè)量</b></p><p>　　用來(lái)測(cè)量閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)特性，因?yàn)橛行┚€性系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)時(shí)域響應(yīng)曲線發(fā)散，幅值不易測(cè)量，可將其構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋穩(wěn)定系統(tǒng)后，通過(guò)測(cè)量信號(hào)源、反饋信號(hào)誤差信號(hào)的關(guān)系，從而推導(dǎo)出對(duì)象的開(kāi)環(huán)頻率特性。</p><p>　　4. 舉例說(shuō)明間接和直接頻率特

35、性測(cè)量方法的使用</p><p>　?。?）間接頻率特性測(cè)量方法</p><p>　?、賹?duì)象為積分環(huán)節(jié)：1/0.1S</p><p>　　由于積分環(huán)節(jié)的開(kāi)環(huán)時(shí)域響應(yīng)曲線不收斂，穩(wěn)態(tài)幅值無(wú)法測(cè)出，我們采用間接測(cè)量的方式，將其構(gòu)成閉環(huán)，根據(jù)閉環(huán)時(shí)的反饋及誤差的相互關(guān)系得出積分環(huán)節(jié)的頻率特性。</p><p>　?、诜e分環(huán)節(jié)構(gòu)成單位負(fù)反饋模擬電路如

36、圖3.1-1所示。</p><p><b>　?、劾碚撘罁?jù)</b></p><p><b>　　開(kāi)環(huán)特性為：</b></p><p>　　采用對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性表示，則上式表示為：</p><p>　　其中G(jw)為積分環(huán)節(jié)，所以要將反饋信號(hào)誤差信號(hào)的幅值及相位按上式計(jì)算出來(lái)即可得積分環(huán)節(jié)的波

37、特圖。</p><p>　?、軠y(cè)量方式：實(shí)驗(yàn)中采用間接方式，只須將兩路表筆CH1和CH2來(lái)測(cè)量圖中反饋測(cè)量點(diǎn)和誤差測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)移動(dòng)游標(biāo)，確定兩路信號(hào)和輸入信號(hào)之間的相位和幅值關(guān)系，即可間接得出積分環(huán)節(jié)的波特圖。</p><p>　?。?）直接頻率特性測(cè)量方法</p><p>　　只要環(huán)節(jié)的時(shí)域響應(yīng)曲線收斂就不用構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)而采用直接測(cè)量法直接測(cè)量輸入、輸出信號(hào)的幅值

38、和相位關(guān)系，就可得出環(huán)節(jié)的頻率特性</p><p>　　1、實(shí)驗(yàn)對(duì)象：選擇一階慣性其傳遞函數(shù)</p><p><b>　　2、結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　3、模擬電路圖</b></p><p>　　4、測(cè)量方式：實(shí)驗(yàn)中選擇直接測(cè)量方式，用CH1路表筆測(cè)輸出測(cè)量端，通過(guò)移動(dòng)游標(biāo)，測(cè)得

39、輸出信號(hào)與輸入信號(hào)源的幅值和相位關(guān)系，直接得出一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性。</p><p><b>　?。ǘ?shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的頻率特性測(cè)試虛擬儀器進(jìn)行測(cè)試，畫(huà)出對(duì)象波特圖和極坐標(biāo)圖。</p><p>　　1.實(shí)驗(yàn)對(duì)象的結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　2.模擬

40、電路圖</b></p><p><b>　　開(kāi)環(huán)傳函為：，</b></p><p><b>　　閉環(huán)傳函：</b></p><p>　　得轉(zhuǎn)折頻率w=10rad/s,阻尼比ξ=0.5</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果</b></p>&l

41、t;p>　　此次實(shí)驗(yàn)采用直接測(cè)量方法測(cè)量對(duì)象的閉環(huán)頻率特性及間接測(cè)量方法測(cè)量對(duì)象的頻率特性。</p><p><b>　　1.實(shí)驗(yàn)接線</b></p><p>　　TD—ACC+的接線：將信號(hào)源單元的“ST”插針?lè)謩e與“S”插針和“+5V”插針斷開(kāi)，運(yùn)放的鎖零控制端“ST＂此時(shí)接至示波器單元的“SL” 插針處，鎖零端受"SL"來(lái)控制。將示波器

42、單元的“SIN”接至信號(hào)輸入端。</p><p>　　TD-ACS 的接線：將信號(hào)源單元的“ST”插針?lè)謩e與“S”插針和“＋5”插針斷開(kāi)，運(yùn)放的鎖零控制端“ST”此時(shí)接至控制計(jì)算機(jī)單元的“DOUT0”插針處，鎖零端受“DOUT0”來(lái)控制，將數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“/CS”接至控制計(jì)算機(jī)的“/IOY1”，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“OUT1”，接至圖的信號(hào)輸入端.</p><p>　　2.直接測(cè)量方法（測(cè)對(duì)象的

43、閉環(huán)頻率特性）</p><p>　　“CH1＂路表筆插至圖315中的4＃運(yùn)放的輸出端。</p><p>　?。?）打開(kāi)集成軟件中的頻率特性測(cè)量界面，彈出時(shí)域窗口，點(diǎn)擊按鈕，在彈出的窗口中根據(jù)需要設(shè)置好幾組正弦波信號(hào)的角頻率和幅值，選擇測(cè)量方式為“直接測(cè)量，每組參數(shù)應(yīng)選擇合適的波形比例系數(shù)，具體如下圖所示</p><p>　?。?）確認(rèn)設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)后點(diǎn)擊按鈕，發(fā)送―

44、組參數(shù)，待測(cè)試完畢，顯示時(shí)域波形，此時(shí)需要用戶自行移動(dòng)游標(biāo)，將兩路游標(biāo)同時(shí)放置在兩路信號(hào)的相鄰的波峰（波谷）處，像在47來(lái)確定兩路信號(hào)的相彬，兩路信號(hào)的幅值系統(tǒng)將自動(dòng)動(dòng)讀出，重復(fù)操作，直到所有參數(shù)測(cè)量完畢。</p><p>　?。?）待所有參數(shù)測(cè)量完畢后點(diǎn)擊B按鈕，彈出波特圖窗口，觀察所測(cè)得的波特圖，該圖由若千點(diǎn)構(gòu)成幅頻和相頻上同一角頻率下兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)―組參數(shù)下的測(cè)量結(jié)果。</p><p>

45、　　點(diǎn)擊極坐標(biāo)圖按鈕G，可以得到對(duì)象的閉環(huán)極坐標(biāo)如下：</p><p>　?。?）根據(jù)所測(cè)圖形可適當(dāng)修改正弦波信號(hào)的角頻率和幅值重新測(cè)量，達(dá)到滿意的效果。</p><p>　　3.間接測(cè)量方法：（測(cè)對(duì)象的開(kāi)環(huán)頻率特性）</p><p>　　將示波器的“CH1”接至3＃運(yùn)放的輸出端“CH2”接至1＃運(yùn)放的輸出端，按直接測(cè)量的參數(shù)將參數(shù)設(shè)置好.將測(cè)量方式改為“間接”測(cè)量

46、，此時(shí)相位差是反饋信號(hào)和環(huán)波特圖如下：誤差信號(hào)的相位差，應(yīng)將兩根游標(biāo)放在反饋和誤差信號(hào)上，測(cè)得對(duì)象的開(kāi)環(huán)波特圖如下：</p><p>　　測(cè)得對(duì)象的開(kāi)環(huán)極坐標(biāo)圖如下：</p><p><b>　　4.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：</b></p><p>　?。?）測(cè)量過(guò)程中要去除運(yùn)放本身的反相的作用，即保持兩路測(cè)量點(diǎn)的相位關(guān)系與運(yùn)放無(wú)關(guān)，所以在測(cè)量過(guò)程中可能

47、要適當(dāng)加入反相器，濾除由運(yùn)放所導(dǎo)致的相位問(wèn)題</p><p>　　（2）測(cè)量過(guò)程中，可能會(huì)由于所測(cè)信號(hào)幅值衰減太大，信號(hào)很難讀出，須放大，若放大的比例系數(shù)不合適，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差較大，所以要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整誤差或反饋比例系數(shù)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)四 線性系統(tǒng)的校正</p><p><b>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p

48、>　?。?）掌握系統(tǒng)矯正的方法，重點(diǎn)了解串聯(lián)校正；</p><p>　　（2）根據(jù)期望的時(shí)域性能指標(biāo)推導(dǎo)出二階系統(tǒng)的串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。</p><p><b>　　二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備</b></p><p>　　PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套</p><p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容&l

49、t;/b></p><p>　　所謂校正就是指在系統(tǒng)中加入一些機(jī)構(gòu)或裝置（其參數(shù)可以根據(jù)需要而調(diào)整），是系統(tǒng)特性發(fā)生變化，從而滿足系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。按校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式，可分為：串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合控制校正三種。串聯(lián)校正是在主反饋回路之內(nèi)采用的校正方式，串聯(lián)校正裝置串聯(lián)在前向通路上，一般接在誤差監(jiān)測(cè)點(diǎn)之后和放大器之前。本次實(shí)驗(yàn)主要介紹串聯(lián)校正方法。</p><p>　　

50、1.原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖及性能指標(biāo)</p><p><b>　　對(duì)應(yīng)的模擬電路圖</b></p><p>　　由圖可知系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)：</p><p>　　系統(tǒng)的特征參量Wn=6.32,ξ=0.158</p><p>　　系統(tǒng)的性能指標(biāo)Mp=60％，Ts=4s，靜態(tài)誤差系數(shù)Kv=20（1/s）</

51、p><p>　　2.期望校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)</p><p>　　要求采用串聯(lián)校正的方法，是系統(tǒng)滿足下述性能指標(biāo)：</p><p>　　Mp<=25％,Ts<=1s，靜態(tài)誤差系數(shù)Kv>20(1/s)</p><p>　　3.串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的理論推導(dǎo)</p><p>　　由公式得ξ>=0.4,Wn>

52、;=10，校正后的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，由期望值得：，則K≥20。校正后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　??；；</b></p><p>　　取ξ=0.5，則T=0.05s,Wn=20，滿足Wn≥10，得校正后開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>　　因?yàn)樵到y(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，且采用串聯(lián)校正，所以串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為，加校正環(huán)節(jié)后的系

53、統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖為</p><p>　　對(duì)應(yīng)的模擬電路圖：見(jiàn)圖1.3-4</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　1.將信號(hào)源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個(gè)運(yùn)放單元均設(shè)置了鎖零場(chǎng)效應(yīng)管，所以運(yùn)放具有鎖零功能。將開(kāi)關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“OUT”端輸出的方波幅值為1V

54、，周期為10s左右</p><p>　　2.測(cè)量系統(tǒng)的性能指標(biāo)</p><p>　?。?）按圖1.3-2接線。將1中的方波信號(hào)加至輸出端。</p><p>　?。?）用示波器的“CH1”和“CH2”表筆測(cè)量輸入端和輸出端。計(jì)算響應(yīng)曲線的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。</p><p>　　Mp（%）=60%、ts（s）=4s</p><

55、p>　　3.測(cè)量校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)</p><p>　?。?）按圖1.3-4解線。將1中的方波信號(hào)加至輸入端</p><p>　?。?）用示波器的“CH1”和“CH2”表筆測(cè)量輸入端和輸出端。計(jì)算響應(yīng)曲線的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，是否達(dá)到期望值，若未達(dá)到，請(qǐng)仔細(xì)檢查接線（包括阻容值）。</p><p>　　Mp（%）=19.5%、ts（s）=0.46s</p&

56、gt;<p><b>　　五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析</b></p><p>　　下面列出未校正和校正后系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。(供參考)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)五 模擬PID閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　?。?）了解模擬PID閉環(huán)

57、控制系統(tǒng)的各種部分構(gòu)成。</p><p>　　（2）掌握模擬PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整方法。</p><p><b>　　二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備</b></p><p>　　PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC（或TD-ACS）教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套</p><p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容</b></p>

58、<p>　　1.模擬PID控制閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)采用模擬PID調(diào)節(jié)器，PWM發(fā)生環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電路、測(cè)溫元件、轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成閉環(huán)溫控系統(tǒng)。首先由給定電壓與反饋值相減形成偏差，對(duì)偏差再進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)PWM發(fā)生器轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制的脈沖輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)加至電熱箱的控制端，控制電熱箱的加熱功率；而另一方面，電熱箱中的測(cè)溫元件熱敏電阻將溫度變化轉(zhuǎn)變成電阻值的變化，再由

59、分壓電路將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)形成反饋值。這里給定電壓和溫度之間是有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的，PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)整的目標(biāo)是使電熱箱的溫度以最快的速度、最小的超</p><p>　　調(diào)達(dá)到給定電壓所對(duì)應(yīng)的溫度。</p><p>　　2.控制系統(tǒng)模擬電路圖</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p><

60、b>　　1.實(shí)驗(yàn)接線</b></p><p>　?。?）將信號(hào)源單元的“ST”端插針與“＋5v”端插針用“短路塊”短接。</p><p>　　（2）按圖接線，參照表中的溫度和電壓關(guān)系選好給定的電壓，仔細(xì)檢查接線確定無(wú)誤后開(kāi)啟設(shè)備電源，注意電熱箱上的固態(tài)繼電器和設(shè)備連接時(shí)的極性。</p><p>　　注意：當(dāng)選擇溫度單元作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象時(shí)，給定電壓―酸不

61、高于0.8V （PID調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為1時(shí)）對(duì)應(yīng)溫度值大約為70℃左右。否則溫度單元過(guò)熱可能會(huì)導(dǎo)致元件操壞：這里當(dāng)PWM發(fā)生單元的輸入電壓為1.2V～3.4V時(shí)將產(chǎn)生PWM脈沖輸出，且輸入電壓和脈沖的寬度成正比。當(dāng)輸入小于1.2V時(shí)PWM脈沖輸出為零電平，當(dāng)輸入大于3.4v時(shí)PWM輸出為高電平。</p><p><b>　　2.觀察控制效果</b></p><p>

62、　　（1）用示波器的“CH1＂和“CH2”路表筆分別測(cè)給定電壓和電壓輸出端，運(yùn)行示波器可觀察給定電壓和反饋電壓的關(guān)系，應(yīng)符合PID控制器的規(guī)律。當(dāng)反饋遠(yuǎn)小于給定時(shí)，PwM脈沖的電平寬度較大，加熱的時(shí)間長(zhǎng)；當(dāng)反饋接近給定時(shí)，PWM脈沖的電平寬度減小，加熱的時(shí)間也在減小；當(dāng)反饋超出給定，PWM脈沖的電平寬度較小，加熱的時(shí)間將變的很短，直到PWM脈沖的電平寬度為零，停止加熱。</p><p>　?。?）烤箱溫度值可由溫

63、度計(jì)讀出。系統(tǒng)上電運(yùn)行后，可通過(guò)對(duì)溫度上升情況的觀察，再根據(jù)PID調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律，適當(dāng)調(diào)整P.I.D三項(xiàng)參數(shù)，即通過(guò)修改阻容值來(lái)達(dá)到修改比例、積分、微分值的作用，使系統(tǒng)能達(dá)到一個(gè)較好的效果。</p><p>　　PID調(diào)節(jié)器的輸出響應(yīng)為：</p><p>　　其中為單位脈沖函數(shù)，</p><p><b>　　此次試驗(yàn)取</b></p&g