爱迪克自控/计控原理实验系统
二．实验内容及步骤
1．本实验把系统的误差ｅ送入虚拟示波器的CH2（水平轴），它的导数送入示波器的CH1（垂直轴），在该示波器显示界面中提供了时域显示（示波）和相平面显示（X-Y）两种方式，皆可观测继电型、饱和型三阶非线性控制系统的自激振荡（极限环），读出其自激振荡角频率ωA或周期T和振荡振幅值A。
2．改变被控系统的继电限值幅，选用X-Y方式观察相轨迹，计算和测量自激振荡（极限环）的振幅和周期填入实验报告，并画出系统在e-e平面上的相轨迹。
3．改变饱和型被控实验系统线性部分各参数，应用描述函数法求取被控系统统在临界稳定时的饱和型非线性环节斜率k；计算和测量自激振荡（极限环）的振幅和频率，填入实验报告，并画出系统在e-e平面上的相轨迹。
1)．继电型非线性三阶控制系统
继电型非线性三阶控制系统模拟电路见图3-4-9所示。
图3-4-9 继电型非线性三阶控制系统模拟电路
实验步骤： CH1、CH2选‘X1’档！
（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入r(t)。
（2）将函数发生器（B5）单元的非线性模块中的继电特性作为系统特性控制。
调节非线性模块：
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘继电特性’（继电特性指示灯亮）。 ② 调节“设定电位器1”，使之继电特性限幅值M= 3.6V（D1单元右显示）。 （3）构造模拟电路：按图3-4-9安置短路套及测孔联线，表如下。
（a）安置短路套 （b）测孔联线
模块号 跨接座号 1 信号输入（r(t)） B1（0/+5V）→A1（H1） 1 A1 S4，S8 2 运放级联 A1（OUT）→A3（H1） 2 A3 S1，S6 3 A3（OUT）→B5(非线性输入) 联接非线性 3 A4 S5，S7，S8，S10 4 模块 B5(非线性输出)→A4（H1）
4 A5 S5，S7，S10 5 运放级联 A4（OUT）→A5（H1）
5 A6 S5，S11，S12 6 运放级联 A5A（OUTA）→A6（H1）
7 负反馈 A6（OUT）→A1（H2）
8 A5A（OUTA）→B3（CH1）
（送Y轴显示） 示波器联接
9 ×1档 A1（OUT）→B3（CH2） （送X轴显示） 注：（D1）单元的电压测量（-5V~+5V）测孔不能接任何信号！
（4）运行、观察、记录：
① 运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的非线性系统的相平面分析下的三阶非线性系统实验项目，弹出虚拟示波器界面，点击开始，即可使用虚拟示波器（B3）单元的观测波形。 ② 按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（+5V→0阶跃），先选用虚拟示波器（B3）普通示波方式观察CH1、CH2两个通道所输出的波形。
③ 然后再选用X-Y方式（这样在示波器屏上可获得e-e相平面上的相轨迹曲线）观察相轨迹，并记录
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第六章 综合控制实验
系统在e-e平面上的相轨迹；测量自激振荡（极限环）的振幅和周期。点击停止后，可调整量程大小以获得较佳的观测效果。 三．实验报告要求：
按下表改变图3-4-9所示的实验被控系统的继电限值幅，选用X-Y方式观察相轨迹，并记录系统在e-e平面上的相轨迹；测量自激振荡（极限环）的振幅和周期。（M=3.6V、+5V→0阶跃） 3.7V 3V 2V 1V 继电限值幅 计算值 测量值 计算值 测量值 计算值 测量值 计算值 测量值 振荡振幅 振荡周期
2)．饱和型非线性三阶控制系统
饱和型非线性三阶控制系统模拟电路图3-4-10所示。
图3-4-10 饱和型非线性三阶控制系统模拟电路图
实验步骤： CH1、CH2选‘X1’档！
（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入r(t)。
将函数发生器（B5）单元的非线性模块中的饱和特性作为系统特性控制。调节非线性模块： ① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘饱和特性’（饱和特性指示灯亮）。 ② 调节“设定电位器2”，使之饱和特性限幅值M=3.6V（D1单元右显示）。 ③ 调节“设定电位器1”，使之饱和特性斜率 k= 2（D1单元左显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-4-10安置短路套及测孔联线，表如下。
（a）安置短路套 （b）测孔联线 1 信号输入r(t)）模块号 跨接座号 B1（0/+5V）→A1（H1） 1 A1 2 运放级联 S4，S8 A1（OUT）→A3（H1） 3 2 A3 联接非线性 A3（OUT）→B5(非线性输入) S1，S6， 4 模块 B5(非线性输出)→A4（H1） 3 A4 S5，S7，S8，S10 5 运放级联 A4（OUT）→A5（H1） 4 A5 S7，S10 6 运放级联 A5A（OUTA）→A6（H1） 5 A6 S5，S11，S12 7 负反馈 A6（OUT）→A1（H2）
8 跨接元件 A11单元的中直读式可变电阻
9 500K/300K 跨接到A5（H1）和（IN）之间
10 A5A（OUTA）→B3（CH1）（送注：（D1）单元的电压测量（-5V~+5V）测
示波器联接 Y轴显示） 孔不能接任何信号！ 11 ×1档 A1（OUT）→B3（CH2）（送X 轴显示） （3）运行、观察、记录：
① 运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的非线性系统的相平面分析下的三阶非线性系统实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1、CH2测孔测量波形。
② 按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（+5V→0阶跃），先选用虚拟示波器（B3）普通示波方式观察CH1、CH2两个通道所输出的波形。
③ 然后再选用X-Y方式（这样在示波器屏上可获得e-e相平面上的相轨迹曲线）观察相轨迹，并记录系统在e-e平面上的相轨迹，点击停止后，可调整量程大小以获得较佳的观测效果。从图中可以看出，因
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爱迪克自控/计控原理实验系统
为G（jω）与负倒特性曲线不相交（R3=500K），则系统为稳定系统，系统极限环不存在。可观察系统的振荡次数、超调量MP(%)。
④ 保持饱和型非线性环节线性部分的斜率 k=2 ，如增大线性部分增益K2，调整R3（A11的可变电阻）为300K，K=1.67，将使G（jω）的曲线包围负倒特性曲线（相交），则系统产生极限环。可测量系统的自激振荡（极限环）的振幅和周期。
⑤ 在R3仍为500K，K=1，如改变非线性环节的起点，即斜率 k，将使G（jω）的曲线包围负倒特性曲线（相交），则系统产生极限环。
改变方法：调节设定电位器1，使之斜率 k=5.1（D1单元左显示）。
三．实验报告要求：
按下表改变图3-4-10所示的实验被控系统线性部分各参数，应用描述函数法求取被控系统统在临界稳定时的饱和型非线性环节斜率k，並计算自激振荡（极限环）的振幅和频率。
选用X-Y方式观察，画出系统在e-e平面上的相轨迹，用虚拟示波器（B3）普通示波方式观察，并画出CH1、CH2两个通道所输出的时域图。
测量自激振荡（极限环）的振幅和频率，填入实验报告。
设饱和型非线性环节的限幅值 M= 3.6V，输入都是+5V→0阶跃。 分别改变模拟单元A5的R3，A4的C1和A6的C3。 线性增益K（A5） 1 1.5
惯性常数 T（A4） 1 0.5 1 0.5 积分常数 Ti（A6） 1 0.5 1 0.5 非线性环节 斜率k 极限环 振幅 计算值 测量值 频率 计算值 测量值 3.5 采样控制系统分析
一．实验目的
1.了解判断采样控制系统稳定性的充要条件。
2.了解采样周期T对系统的稳定性的影响及临界值的计算。
3 观察和分析采样控制系统在不同采样周期T时的瞬态响应曲线。
三、实验内容及步骤
1．闭环采样系统构成电路如图3-5-1所示。了解采样周期T对系统的稳定性的影响及临界值的计算，观察和分析采样控制系统在不同采样周期T时的瞬态响应曲线。
2. 改变采样控制系统的被控对象，计算和测量系统的临界稳定采样周期T，填入实验报告。
图3-5-1 闭环采样系统构成电路
闭环采样系统实验构成电路如图3-5-1所示，其中被控对象的各环节参数： 积分环节（A3单元）的积分时间常数Ti=R2*C2=0.2S，
惯性环节（A5单元）的惯性时间常数 T=R1*C1=0.5S，增益K=R1/R3=5。
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第六章 综合控制实验
实验步骤：注：‘S ST’不能用‘短路套’短接！
（1） 用函数发生器（B5）单元的方波输出作为系统振荡器的采样周期信号。（D1）单元选择“方波”，
（B5）“方波输出”孔输出方波。调节“设定电位器1”控制相应的输出频率。
(2)用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’ 和‘幅度控制电位器’构造输入信号R（t）： B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0/+5V阶跃）。阶跃信号输出（B1-2的Y测孔）调整为2.5V（调节方法：调节电位器，用万用表测量Y测孔）。 （3）构造模拟电路：按图3-5-1安置短路套及测孔联线，表如下。 （a）安置短路套 （b）测孔联线
1 输入信号R B1（Y）→A1（H1） 模块号 跨接座号 1 A1 A1（OUT）→B4（IN1） S4，S8 2 信号连接 3 信号连接 2 A5 B4（OU1）→A5（H1） S3，S7，S10 3 A3 S4，S10，S11 A5A（OUTA）→A3（H1） 4 运放级联 4 A6 S2，S6 A3（OUT）→A6（H1） 5 运放级联 A3（OUT）→A1（H2） 6 负反馈 7 采样信号输入 B5（方波输出）→B4（A2） B4（Q2）→B4（PU1） 8 单稳输出 9 B1（Y）→B3（CH1） 示波器联接 10 A6（OUT）→B3（CH2） ×1档 （4）运行、观察、记录：
① 运行LABACT程序，选择自动自动控制菜单下的采样系统分析实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
② 调节 “设定电位器1”，D1单元显示方波频率，将采样周期T（B5方波输出）依次调整为15ms(66.6Hz) 、30ms(33.3Hz)和 90ms(11.1Hz)，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+2.5V阶跃），使用虚拟示波器CH1观察A6单元输出点OUT（C）的波形。观察相应实验现象，记录波形，并判断其稳定性，填入表3-5-1。
表3-5-1 采样周期T（ms） Mp（%） 稳定性 输出波形 15 衰减振荡 30 衰减振荡 90 发散振荡 三．实验报告要求：
改变采样控制系统的被控对象，计算和测量系统的临界稳定采样周期T，填入实验报告。 积性时间 开环增益惯性时间 临界稳定的采样周期T K (A3) 常数Ti(A3) 常数T(A3) 计算值 测量值 1 5 0.2 0.5 2 3 3
0.1 2 0.2
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