爱迪克自控/计控原理实验系统
（2）构造模拟电路：按图3-1-8安置短路套及测孔联线。
（3）运行、观察、记录： ① 运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的三阶典型系统瞬态响应和稳定性实验项目，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测孔测量波形（时间量程放在×4档）。也可选用普通示波器观测实验结果。
② 分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到30K、41.7K、225.2K，等待完整波形出来后，点击停止，用示波器观察A5A单元信号输出端C（t）的系统阶跃响应。 2）．观察和验证等效于原三阶系统（图3-1-8）的二阶单位反馈闭环系统
根据主导极点的概念，建立等效于原三阶系统（图3-1-8）的Ⅰ型二阶闭环系统模拟电路图，观察等效后的系统输出及原三阶系统输出，分析其响应曲线的相同点及区别，探讨其区别产生的原因。
图3-1-9 等效于原三阶系统（图3-1-8）的二阶单位反馈闭环系统
实验步骤： 注：‘S ST’用“短路套”短接！
（1）将函数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R。（连续的正输出宽度足够大的阶跃信号) ① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。 ② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度≥6秒（D1单元左显示）。 ③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 2.5V（D1单元右显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-9安置短路套及测孔联线。 （3）运行、观察、记录： ① 运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的三阶典型系统瞬态响应和稳定性实验项目，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测孔测量波形（时间量程放在×4档）。也可选用普通示波器观测实验结果。
② 等待完整波形出来后，点击停止，用示波器观察A5B单元信号输出端C（t）的系统阶跃响应。示波器的截图详见虚拟示波器的使用。
三．实验报告要求：
按下表改变图3-1-8所示的实验被测系统（三阶单位反馈闭环系统）的惯性时间常数 T1、T2（分别改变模拟单元A3和A5的反馈电容C2、C3）。（输入矩形波宽度≥6秒，电压幅度 = 2.5V） 1．计算和观察被测对象临界稳定的增益K（R值），填入实验报告。
2．运用MATLAB的开环根轨迹法，求解闭环系统超调量Mp为30%的稳定增益，並画出其系统模拟电路图和阶跃响应曲线（调整被测对象的增益K（R值）来改变增益），填入实验报告。 K 惯性时间常惯性时间常临界稳定（等幅振荡） 稳定（衰减振荡） 数 T1（A3） 数 T1（A5） 计算值 测量值 Mp≤30% 0.5 0.1 1
14 第六章 综合控制实验 0.2 0.5 1 3．按上表的参数，规定闭环系统超调量Mp为30%，运用MATLAB的开环根轨迹法，根据主导极点的概念，使原三阶系统近似为标准Ⅰ型二阶系统，並画出其系统模拟电路图和阶跃响应曲线，填入实验报告。
3.2 线性控制系统的频域分析 3.2.1 频率特性测试
一．实验目的
1．了解线性系统频率特性的基本概念。
2．了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）的构造及绘制方法。
二．实验内容及步骤
被测系统是一阶惯性的模拟电路图见图3-2-1，观测被测系统的幅频特性和相频特性，填入实验报告，並在对数座标纸上画出幅频特性和相频特性曲线。
本实验将正弦波发生器（B4）单元的正弦波加于被测系统的输入端，用虚拟示波器观测被测系统的幅频特性和相频特性，了解各种正弦波输入频率的被测系统的幅频特性和相频特性。
图3-2-1 被测系统的模拟电路图
实验步骤：
（1）将函数发生器（B5）单元的正弦波输出作为系统输入。
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘正弦波’（正弦波指示灯亮）。 ② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器2”，使之正弦波频率为8Hz（D1单元右显示）。 ③ 调节B5单元的“正弦波调幅”电位器，使之正弦波振幅值输出为2V左右（D1单元左显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-2-1安置短路套及测孔联线。 （3）运行、观察、记录：
① 运行LABACT程序，在界面的自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析实验项目，选择 时域分析，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观察波形，应避免系统进入非线性状态。 ②点击停止键后，可拖动时间量程（在运行过程中，时间量程无法改变），以满足观察要求。 示波器的截图详见虚拟示波器的使用。
三．实验报告要求：
按下表改变实验被测系统正弦波输入频率：（输入振幅为2V）。
观测幅频特性和相频特性，填入实验报告。並画出幅频特性、相频特性曲线。 幅频特性L(?) 相频特性?(?) 输入频率 Hz 计算值 测量值 计算值 测量值 0.5 6.00 5.9368 -3° -4° 1 1.6 3.2 4.5 6.4 8 9.6 12.5
5.95 5.85 5.372 4.816 3.857 2.9875 2.117 0.620
5.9368 5.6804 5.2356 4.5719 3.7428 2.7046 1.9391 0.6467 15
-7° -11.309° -21° -29° -38° -45.15° -50° -57° -9° -10° -22° -30° -40° -47° -52° -55° 爱迪克自控/计控原理实验系统 16 20 -1.01 -2.627 -1.0854 -2.788 -63° -68° -66° -72° 思考题：把图3-2-6所示的二阶闭环系统作为被测系统，观测系统的闭环幅频特性和相频特性，填入实验报告。並画出系统的闭环幅频特性、相频特性曲线。
3.2.2 一阶惯性环节的频率特性曲线
一．实验目的
1．了解和掌握一阶惯性环节的对数幅频特性L(?)和相频特性?(?)，实频特性Re(?)和虚频特性Im(?)的计算。
2．了解和掌握一阶惯性环节的转折频率ω的计算，及惯性时间常数对转折频率的影响 3．了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。
二．实验内容及步骤
1．了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。 2．惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-2，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及频率特性曲线，並计算和测量其转折频率，填入实验报告。
图3-2-2 惯性环节的频率特性测试电路
实验步骤：
（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。
（2）构造模拟电路：按图3-2-2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 B2（OUT2）→A3（H1） 模块号 跨接座号 2 运放级联 A3（OUT）→A6（H1） 1 A3 S1，S7，S9 3 A6（OUT）→ A8（CIN1） 2 A6 S2，S6 相位测量 4 A8（COUT1）→B8（IRQ6）
5 幅值测量 A6（OUT）→ B7（IN4） （3）运行、观察、记录：
① 运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析实验项目，选择一阶系统，就会弹出‘频率特性扫描点设置’表，在该表中用户可根据自己的需要填入各个扫描点（本实验机选取的频率值f，以0.1Hz为分辨率），如需在特性曲线上直接标注某个扫描点的角频率ω、幅频特性L(ω)或相频特性φ(ω)，则可在该表的扫描点上小框内点击一下（打√）。‘确认’后将弹出虚拟示波器的频率特性界面，点击开始，即可按‘频率特性扫描点设置’表，实现频率特性测试。
② 测试结束后(约十分钟），可点击界面下方的“频率特性”选择框中的任意一项进行切换，将显示被测系统的对数幅频、相频曲线(伯德图)和幅相曲线(奈奎斯特图)。示波器的截图详见虚拟示波器的使用。
③显示该系统用户点取的频率点的ω、L、?、Im、Re 实验机在测试频率特性结束后，将提示用户用鼠标直接在幅频或相频特性曲线的界面上点击所需增加的频率点（为了教育上的方便，本实验机选取的频率值f，以0.1Hz为分辨率），实验机将会把鼠标点取的频率点的频率信号送入到被测对象的输入端，然后检测该频率的频率特性。检测完成后在界面上方显示该频率点的f、ω、L、?、Im、Re相关数据，同时在曲线上打‘十字标记’。
三．实验报告要求：
按下表改变图3-2-2所示的实验被测系统：改变惯性时间常数 T（改变模拟单元A3的反馈电容C）。
在报告空白处填上转折频率（φ=45°）测量值和计算值。
转折频率 惯性时间 常数 T 实测值 计算值
16 第六章 综合控制实验 0.1 0.2 0.3 3.2.3 二阶闭环系统的频率特性曲线
一．实验目的
1． 了解和掌握二阶闭环系统中的对数幅频特性L(?)和相频特性?(?)，实频特性Re(?)和虚频特性
Im(?)的计算。 2． 了解和掌握欠阻尼二阶闭环系统中的自然频率ωn、阻尼比ξ对谐振频率ωr和谐振峰值L(ωr)的
影响及ωr和L(ωr) 的计算。
3． 观察和分析欠阻尼二阶开环系统的谐振频率ωr、谐振峰值L(ωr)，并与理论计算值作比对。 4． 改变被测系统的电路参数，画出闭环频率特性曲线，观测谐振频率和谐振峰值，填入实验报告。
二．实验内容及步骤
1．被测系统模拟电路图的构成如图3-2-3所示，观测二阶闭环系统的频率特性曲线，测试其谐振频率
?r、谐振峰值L(?r)。
2．改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及闭环频率特性曲线，並计算和测量系统的谐振频率?r及谐振峰值L(?r)，填入实验报告。
图3-2-3 二阶闭环系统频率特性测试电路
实验步骤：
（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。
（2）构造模拟电路：按图3-2-3安置短路套及测孔联线，表如下。 （3）运行、观察、记录：
① 将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入，运行LABACT程序，在界面的自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析实验项目，选择二阶系统，就会弹出‘频率特性扫描点设置’表。
在该表中用户可根据自己的需要填入各个扫描点频率（本实验机选取的频率值f，以0.1Hz为分辨率），如需在特性曲线上标注显示某个扫描点的角频率ω、幅频特性L(ω)或相频特性φ(ω)，则可在该表的扫描点上方小框内点击一下（打√）。设置完后，点击确认后将弹出虚拟示波器的频率特性界面，点击开始，即可按‘频率特性扫描点设置’表规定的频率值，实现频率特性测试。 ② 测试结束后（约十分钟），可点击界面下方的“频率特性”选择框中的任意一项进行切换，将显示被
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爱迪克自控/计控原理实验系统
测系统的闭环对数幅频、相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特图）。 ③ 显示该系统用户点取的频率点的ω、L、?、Im、Re
实验机在测试频率特性结束后，将提示用户用鼠标直接在幅频或相频特性曲线的界面上点击所需增加的频率点（为了教育上的方便，本实验机选取的频率值f，以0.1Hz为分辨率，例如所选择的信号频率f值为4.19Hz，则被认为4.1 Hz送入到被测对象的输入端），实验机将会把鼠标点取的频率点的频率信号送入到被测对象的输入端，然后检测该频率的频率特性。检测完成后在界面上方显示该频率点的f、ω、L、
。如果增添的频率点足够多，则特性曲线将成为近似?、Im、Re相关数据，同时在曲线上打‘十字标记’
光滑的曲线。
鼠标在界面上移动时，在界面的左下角将会同步显示鼠标位置所选取的角频率ω值及幅值或相位值。 ④ 谐振频率和谐振峰值的测试：
在闭环对数幅频曲线中用鼠标在曲线峰值处点击一下，待检测完成后就可以根据‘十字标记’测得该系统的谐振频率ωr ，谐振峰值L(ωr)。
谐振频率ωr 谐振峰值L(ωr)
图3-2-4 被测二阶闭环系统的对数幅频曲线
三．实验报告要求：
按下表改变图3-2-3所示的实验被测系统： 改变开环增益K（A3）、惯性时间常数T（A3）、积分常数Ti（A2），画出其系统模拟电路图，及开环频率特性曲线，並计算和测量系统的谐振频率及谐振峰值，填入实验报告。
开环增益K（A3） 25 20 惯性常数T 积分常数Ti （A3） （A2） 0.1 0.2 1 0.3 0.5 0.1 0.2 谐振频率（rad） 计算值 测量值 谐振峰值（dB） 计算值 测量值 3.2.4 二阶开环系统的频率特性曲线
一．实验目的
1．了解和掌握Ⅰ型二阶开环系统中的对数幅频特性L(?)和相频特性?(?)，实频特性Re(?) 和虚频特性Im(?)的计算。
相位裕度?的影响，及幅值穿越频率?c和相位裕度?的计算。
2．了解和掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统中的自然频率?n、阻尼比ξ对开环参数幅值穿越频率?c和
3．研究表征系统稳定程度的相位裕度?和幅值穿越频率?c对系统的影响。
4．了解和掌握Ⅰ型二阶开环系统对数幅频曲线、相频曲线、和幅相曲线的构造及绘制方法
二．实验内容及步骤
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