爱迪克自控/计控原理实验系统
校正后 穿越频率ωc＇
图3-3-7 串联超前校正后系统的开环对数幅频曲线
校正后 穿越频率ωc＇ 校正后 相位裕度γ
图3-3-8 串联超前校正后系统的开环对数相频曲线
在串联超前校正后的相频特性曲线上可测得串联超前校正后系统的频域特性：
穿越频率ωc= 14.45 rad/s， 相位裕度γ= 54.5° 测试结果表明符合设计要求。 3）串联超前校正系统的时域特性的测试
串联超前校正后系统时域特性测试的模拟电路图见图3-3-10。
图3-3-10 串联超前校正后系统时域特性测试的模拟电路图
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≥3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3-3-10安置短路套与测孔联线按下表。
（a）安置短路套 （b）测孔联线
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第六章 综合控制实验 模块号 1 A1 2 A2 3 A3 4 A5 5 A6 6 B5 7 A10 跨接座号 S4，S8 S3，S11 S1，S6 S3，S7 S4，S8，S9 ‘S-ST’ S1 （3）运行、观察、记录： 运行程序同《1．未校正系统的时域特性的测试》
观察矩形波输出（OUT）从0V阶跃+2.5V时被测系统的时域特性，被测系统输出的时域特性曲线见图3-3-11，等待一个完整的波形出来后，点击停止，然后移动游标测量其超调量、峰值时间及调节时间。 在串联超前校正后的时域特性特性曲线上可测得时域特性：
超调量Mp= 18.8% 调节时间ts= 0.38S(△=5时) 峰值时间tp=0.18S
1 2 3 4 5 6 7 /8 9 /10 11 /12 13 14 信号输入r(t) 运放级联 运放级联 运放级联 负反馈 运放级联 跨接元件 （155K） 跨接元件 （1u） 跨接元件 （38.7K） 示波器联接 ×1档 B5（OUT）→A1（H1） A10（OUT）→A5（H1） A5B（OUTB）→A2（H1） A2A（OUTA）→A6（H1） A6（OUT）→A1（H2） A6（OUT）→A3（H1） 元件库A11中可变电阻跨接到A1（OUT）和A10（IN+）之间 元件库A11中可变电阻跨接到A1（OUT）和A10（IN+）之间 元件库A11中可变电阻跨接到 A10（IN+）和GND之间 A3（OUT）→B3（CH1） B5（OUT）→B3（CH2） 三．实验报告要求：
按下表“校正后系统的相位裕度γ′”设计校正参数，构建校正后系统，画出串联超前校正后系统模拟电路图，及校正前、后的时域特性曲线，並观测校正后超调量Mp，峰值时间tP填入实验报告。 相位裕度γ′ 测 量 值 （设计目标） 相位裕度γ′ 超调量Mp(%) 峰值时间tP 50° 40° 60° 70° 注：做完该实验请将A10单元的短路套拔掉放置在短路套闲置区，否则可能会影响矩形波输出！
3.3.2 频域法串联迟后校正
频域法校正主要是通过对被控对象的开环对数幅频特性和相频特性（波德图）观察和分析实现的。
一．实验目的
1．了解和掌握迟后校正的原理。
2．了解和掌握利用闭环和开环的对数幅频特性和相频特性完成迟后校正网络的参数的计算。 3．掌握在被控系统中如何串入迟后校正网络，构建一个性能满足指标要求的新系统的方法。
二．实验内容及步骤
1．观测被控系统的开环对数幅频特性L(?)和相频特性?(?)，幅值穿越频率ωc，相位裕度γ，按“校正后系统的相位裕度γ′”要求,设计校正参数，构建校正后系统。
2．观测校正前、后的时域特性曲线，並测量校正后系统的相位裕度γ′、超调量Mp、峰值时间tP。 3．改变 “校正后系统的相位裕度γ′”要求,设计校正参数，构建校正后系统，画出其系统模拟电路图和阶跃响应曲线，观测校正后相位裕度γ′、超调量Mp、峰值时间tP填入实验报告。
注：在进行本实验前应熟练掌握使用本实验机的二阶系统开环对数幅频特性和相频特性的测试方法。
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1）．未校正系统的时域特性的测试
未校正系统模拟电路图见图3-3-9。本实验将函数发生器（B5）单元作为信号发生器， OUT输出施加于被测系统的输入端Ui，观察OUT从0V阶跃+2.5V时被测系统的时域特性。
图3-3-9 未校正系统模拟电路图
实验步骤：
（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≥3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3-3-9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) B5（OUT）→A1（H1） 1 A1 S4，S8 2 运放级联 A1（OUT）→A5（H1） 2 A3 S1，S8，S9 3 运放级联 A5A（OUTA）→A3（H1） 3 A5 S4，S10 4 负反馈 A3（OUT）→A1（H2） 4 A6 S2，S6 5 运放级联 A3（OUT）→A6（H1） 5 B5 ‘S-ST’ 6 示波器联接 A6（OUT）→B3（CH1）
7 ×1档 B5（OUT）→B3（CH2） （3）运行、观察、记录：
① 将函数发生器（B5）单元作为信号发生器，OUT输出施加于被测系统的输入端Ui，
② 运行LABACT程序，在界面自动控制菜单下的“线性系统的校正和状态反馈” -实验项目，选中“线性系统的校正”项，弹出线性系统的校正的界面，点击开始，用虚拟示波器CH1观察系统输出信号。 ③ 观察OUT从0V阶跃+2.5V时被测系统的时域特性，等待一个完整的波形出来后，点击停止，然后移动游标测量其超调量、峰值时间。
在时域特性特性曲线上可测得时域特性：
超调量Mp= 51.6 %， 调节时间ts= 1.05S(△=5时)， 峰值时间tp= 0.13S
2）．未校正系统的频域特性的测试
本实验将数/模转换器（B2）单元作为信号发生器，实验开始后，将按‘频率特性扫描点设置’表规定的频率值，按序自动产生多种频率信号，OUT2输出施加于被测系统的输入端r(t)，然后分别测量被测系统的输出信号的闭环对数幅值和相位，数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。
未校正系统频域特性测试的模拟电路图见图3-3-10。
图3-3-10 未校正系统频域特性测试的模拟电路图
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3-3-10安置短路套及测孔联线，表如下。
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第六章 综合控制实验
（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) B2（OUT2）→A1（H1） 1 A1 S4，S8 2 运放级联 A1（OUT）→A5（H1） 2 A3 S1，S8，S9 3 运放级联 A5A（OUTA）→A3（H1） 3 A5 S4，S10 4 负反馈 A3（OUT）→A1（H2） 4 A6 S2，S6 5 运放级联 A3（OUT）→A6（H1） 5 B5 ‘S-ST’ 6 幅值测量 A6（OUT）→ B7（IN4） 7 A6（OUT）→ A8（CIN1） 相位测量 8 A8（COUT1）→ B8（IRQ6） （3）运行、观察、记录：
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，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始，则进行频率特性测试，开环对数幅频、相频曲线见图3-3-11、12所示。
校正后期望 穿越频率ωc＇ γ(ωc’)
图3-3-11 未校正系统开环相频特性曲线
-L（ωc’）
图3-3-12 未校正系统开环幅频特性曲线
在图3-3-11未校正系统模拟电路的相频特性曲线上可测得未校正系统频域特性： 穿越频率ωc=
21.36 rad/s ， 相位裕度γ= 26°
3）．迟后校正网络的设计
① 如果设计要求校正后系统的相位裕度γ′=50°，
考虑到迟后校正网络在新的截止频率?C'处会产生一定的相角迟后?(?C')，因此，
?'??(?C')??(?C') ，取?(?C')??60 ， 则?(?C')?500?60?560。
② 在未校正系统开环相频特性曲线（图3-3-11）中可测得γ=56°时的角频率ω为6.28 rad/s 。
该角频率ω即为校正后的穿越频率ωc′。
③ 在未校正系统开环幅频特性曲线（图3-3-12）中可测得：
?C' =6.28 rad/s处的迟后校正网络对数幅频值为：L(?C')??16.24dB
4 ④ 据式 3-3-9可计算出网络的参数：?20lgb?L(?C')， b?0.15，
1⑤ 据式 3-3-10 可计算出：T??10.34 令 C=10u，计算出： R4=159K，R5=875K
0.1?C'?b
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迟后校正网络传递函数为： GC(S)?1?1.59S1?10.34S （3-3-11）
4）．串联迟后校正系统的频域特性的测试
串联迟后校正系统频域特性测试的模拟电路图见图3-3-13。 图3-3-13串联迟后超前校正后系统的传递函数为：G(S)?1?1.59S?实验步骤：
（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。
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1?10.34S0.2S(1?0.1S)图3-3-13（a） 串联迟后校正系统频域特性测试的模拟电路图
（2）构造模拟电路：按图3-3-13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) B2（OUT2）→A1（H1） 1 A1 S4，S8 2 运放级联 A5A（OUTA）→A3（H1） 2 A3 S1，S8，S9 3 负反馈 A3（OUT）→A1（H2） 3 A5 S4，S10 4 运放级联 A3（OUT）→A6（H1） 4 A6 S2，S6 5 幅值测量 A6（OUT）→ B7（IN4） 5 B5 ‘S-ST’ 6 A6（OUT）→ A8（CIN1） 相位测量 6 A10 S1 7 A8（COUT1）→ B8（IRQ6）
8 跨接元件 元件库A11中可变电阻跨接到 /9 （875K） A1（OUT）和A10（IN+）之间 10 元件库A11中可变电阻和10u跨接元件 /11 电容串联后跨接到 A10（IN+）（160K+10u） /12 和GND之间 13 运放级联 A10（OUT）→A5（H1）
图3-3-13（b）校正网络（部分）连线示意图
（3）运行、观察、记录：运行程序同《2．未校正系统的频域特性的测试》。 图3-3-13的被测二阶系统的开环对数幅频、相频曲线见图3-3-14和图3-3-15所示。
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