自动控制理论实验指导 四．附录 1．方块图和模拟电路 实验用未加校正二阶闭环系统的方块图和模拟电路，分别如图4.1.1和图4.1.2所示： R(s)E(s)10.2s50.5s+1C(s)图4.1.1
其开环传递函数为：G(s)?其闭环传递函数为：
2?nG(s)50 W(S)??2?221?G(s)s?2s?50s?2??ns??n525?
0.2S(0.5S?1)s(0.5s?1)式中 ?n?50?7.07，??1?n?0.141， 故未加校正时系统超调量为
Mp?e???1??2?0.63?63%，
调节时间为 ts?4??n?4s，
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自动控制理论实验指导 静态速度误差系数KV等于该I型系统的开环增益Kv?25 1/s，
2．串联校正的目标
要求加串联校正装置后系统满足以下性能指标： （1）超调量Mp?25%
（2）调节时间（过渡过程时间）ts?1s
（3）校正后系统开环增益（静态速度误差系数）Kv?25 1/s
3．串联校正装置的时域设计
从对超调量要求可以得到 Mp?e由 ts????1??2?25% ，于是有 ??0.4 。
4??n?1s 可以得到 ?n?4?。
因为要求Kv?25 1/s，故令校正后开环传递函数仍包含一个积分环节，且放大系数为25。
设串联校正装置的传递函数为D(s),则加串联校正后系统的开环传递函数为
D(s)G(s)?D(s)采用相消法，令 D(s)?开环传递函数
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s(0.5s?1)0.5s?1 （其中T为待确定参数），可以得到加串联校正后的
Ts?1D(s)G(s)?0.5s?12525??
Ts?1s(0.5s?1)s(Ts?1)这样，加校正后系统的闭环传递函数为 W(s)?D(s)G(s)25T ?1251?D(s)G(s)s2?s?TT对校正后二阶系统进行分析，可以得到
2 ?n?25T
2??n?1T
综合考虑校正后的要求，取 T=0.05s ,此时 ?n?22.36 1/s,??0.45，它们都能满足校正目标要求。最后得到校正环节
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图4.4.1 自动控制理论实验指导 的传递函数为 D(s)?0.5s?1
0.05s?1从串联校正装置的传递函数可以设计其模拟电路。有关电路设计与校正效果请参见后面的频域设计。
4．串联校正装置的频域设计
根据对校正后系统的要求，可以得到期望的系统开环传递函数的对数频率特性，见图4.4.1。
根据未加校正系统的开环传递函数，可画出其相应的对数频率特性，如图4.4.2所示。
从期望的系统开环传递函数的对数幅频特性，减去未加校正系统开环传递函数的对数幅频特性，可以得到串联校正装置的对数幅频特性，见图4.4.3。
从串联校正装置的对数幅频特性，可以得到它的传递函数：
图4.4.2 Gc(S)?0.5S?1
0.05S?1从串联校正装置的传递函数可以设计其模拟电路。图4.4.4给出已加入串联校正装置的系统模拟电路。
在图4.4.4中，串联校正装置电路的参数可取R1＝390K?，R2＝R3＝200K?，R4＝10K?，C＝4.7uF。
校正前后系统的阶跃响应曲线如图4.4.5、4.4.6所示:
图4.4.3 串联校正接线图如下图，测试信号选择阶跃方波，占空比为80%，观察校正前后的阶跃响应波形。
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自动控制理论实验指导 ctct0图4.4.5 t0图4.4.6t（2）传递函数法 期望的系统开环传递函数除以未加校正二阶闭环系统开环传递函数，可以得到串联校正装置的传递函数。 同样地，可从串联校正装置的传递函数设计其模拟电路，如图4.4.4所示。
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自动控制理论实验指导 实验五 典型非线性环节的静态特性
一．实验目的
1．了解并掌握典型非线性环节的静态特性。 2．了解并掌握典型非线性环节的电路模拟研究方法。
二．实验内容
1．完成继电型非线性环节静特性的电路模拟研究。 2．完成饱和型非线性环节静特性的电路模拟研究。 3．完成具有死区特性的非线性环节静特性的电路模拟研究。 4．完成具有间隙特性的非线性环节静特性的电路模拟研究。
三．实验步骤
1．利用实验设备，设计并连接继电型非线性环节的模拟电路，完成该环节的静态特性
测试；并改变参数，观测参数对静态特性的影响。
参阅本实验附录1,从图5.1.1和图5.1.2可知，利用实验箱上的单元U6即可获得实验所需继电型非线性环节的模拟电路。单元电路中双向稳压管的稳压值为5.1V，改变U6中的电位器的电阻接入值，即可改变继电特性参数M，M随阻值减小而减小。
可利用周期斜坡或正弦信号测试非线性环节的静态特性，下面分两种情况说明测试方法。
无上位机时，利用实验箱上的信号源单元U2所输出的正弦信号（或周期斜坡信号）作为环节输入，即连接箱上U2的“正弦波”与环节的输入端（对应图5.1.2的Ui）。然后用示波器观测该环节的输入与输出（对应图5.1.2的Ui和Uo）。注意调节U2的正弦波信号“频率”电位器RP5与“幅值”电位器RP6，以保证观测到完整的波形。
有上位机时，必须在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A通道的输出端）和I1（A/D通道的输入端），将Uo连到实验箱 U3单元的I2（A/D通道的输入端），并连好U3单元至上位机的USB2.0通信线。接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。界面上的操作步骤如下：
①按通道接线情况: 选择任一路A/D输入作为环节的输出,选择任一路D/A作为环节的输入.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同；将另一输出通道直接送倒输入通道
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