爱迪克自控/计控原理实验系统
图3-3-20 比例反馈包围惯性环节校正后系统模拟电路
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单元右显示）。 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单元左显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-3-20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 模块号 跨接座号 B5（OUT）→A1（H1） 1 A1 S4，S8 2 运放级联 A1（OUT）→A5A（H1） 2 A2 S6 3 运放级联 A5A（OUTA）→A6（H1） 3 A5 S4，S11 4 A6（OUT）→A7（H1） 4 A6 S4，S8，S9 5 元件库A11中直读式可变电阻50K( R8)/6 5 A7 S3，S4，S9，P 校正 跨接到A2B（OUTB）和A6（IN）间 7 6 B5 ‘S-ST’ 元件库A11中直读式可变电阻12.6K/8 （R4）跨接到A6(OUT）和A2A(IN）间
9 负反馈 A7B（OUTB）→A1（H2）
10 示波器联接 A7A（OUTA）→B3（CH1）
11 ×1档 B5（OUT）→B3（CH2） （3）运行、观察、记录： 运行程序同《1、未校正系统时域特性的测试》。观察比例反馈包围惯性环节校正后系统的时域特性。
三．实验报告要求：
按下表“校正后系统的超调量Mp”设计校正参数，並构建校正后系统，画出串联比例微分校正后系统模拟电路图，及校正前、后的时域特性曲线，观测校正后超调量Mp，峰值时间tP填入实验报告。
超调量Mp(%) 测 量 值
（设计目标） 超调量Mp(%) 峰值时间tP 25 20 15
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第六章 综合控制实验
3.3.5时域法微分反馈校正
一．实验目的
1．了解和掌握微分反馈校正的原理。
2．了解和掌握利用Ⅰ型二阶系统的闭环传递函数标准式完成微分反馈校正网络参数的计算。
3．掌握在被控系统中如何利用微分反馈校正网络，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．观测被控系统的时域曲线，按“校正后系统的超调量Mp”要求,设计校正参数，构建校正后系统。 2．观测校正后的时域特性曲线，並测量校正后系统的超调量Mp、峰值时间tP。
3．按“校正后系统的超调量Mp”不同要求,自行设计校正参数，构建校正后系统，观察校正前、后的时域特性曲线，並测量校正后系统的超调量Mp，峰值时间tP。 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3-3-21。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3-3-21 未校正系统模拟电路图
图3-3-21未校正系统的闭环传递函数为：?(S)?100S2?3.33S?100
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3-3-21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）→A5A（H1） 2 A3 S1，S6 3 运放级联 A5A（OUTA）→A6（H1） 3 A5 S4，S10 4 负反馈 A6（OUT）→A1（H2） 4 A6 S4，S8，S9 5 运放级联 A6（OUT）→A3（H1） 5 B5 ‘S-ST’ 6 示波器联接 A3（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。在未校正系统的时域特性特性曲线上可测得时域特性：
超调量Mp= 56.4 % 峰值时间tp= 0.32S 调节时间ts= 1.8S (△=5时) 计算得?n?10 ，??0.1667 2）．微分校正网络的设计：
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爱迪克自控/计控原理实验系统
① 要求设计校正装置，使系统满足下述性能指标：Mp≤25% 。 ② 按超调量 Mp≤25% 计算，可得到校正后系统的阻尼比?t?0.4。
③ 按图3-3-21的被校正对象积分时间常数Ti = 0.2S，自然频率：?n?10，阻尼比：??0.1665代入式?t???0.5?nKf，可得到校正后的 Kf=0.0467。为使实验较方便进行，近似取R3=50K。
④ 按图3-3-21被校正对象的开环增益K =6，校正后的 Kf =0.0467，再令C3=1u，代入式
Kf?R3?C3，可得到： R3=46.7K。为使实验较方便进行，近似取R3=50K。
3）．微分反馈校正后系统的时域特性的测试
实验步骤： 注：‘S ST’ 用“短路套”短接！ 图3-3-22微分反馈校正后系统模拟电路 （（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3-3-22安置短路套及测孔联线，表如下：
1 B5（OUT）→A1（H1） 模块号 信号输入r(t) 跨接座号 2 1 A1 运放级联 A1（OUT）→A5A（H1） S4，S8
3 2 A3 运放级联 A5A（OUTA）→A6（H1） S1，S6
4 3 A5 负反馈 A6（OUT）→A1（H2） S4，S10
5 运放级联 A6（OUT）→A3（H1） 4 A6 S4，S8，S9
6 校正反馈 A6（OUT）→ A7（H1） 5 A7 S11，P，PD2
7 A7A（OUTA）→A5（H2） 6 B5 ‘S-ST’
8 示波器联接 A3（OUT）→B3（CH1） 9 ×1档 B5（OUT）→B3（CH2） （3）运行、观察、记录：
运行程序同《1。未校正系统时域特性的测试》。观察微分反馈校正后系统的时域特性。 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“校正后系统的超调量Mp”设计校正参数，並构建校正后系统，画出串联比例微分校正后系统模拟电路图，及校正前、后的时域特性曲线，观测校正后超调量Mp，峰值时间tP填入实验报告。 R3 C3 Mp（%） 25 20
15
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第六章 综合控制实验
3.3.6 线性系统的状态反馈及极点配置
一．实验目的
1．了解和掌握状态反馈及极点配置的原理。
2．了解和掌握利用矩阵法及传递函数法计算状态反馈及极点配置的原理与方法。
3．掌握在被控系统中如何进行状态反馈及极点配置，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）。观察极点配置前系统
状态反馈及极点配置前系统的模拟电路见图3-3-23所示。
图3-3-23 极点配置前系统的模拟电路
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≥5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= 3.5V（D1单元右显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-3-23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（Ui） B5（OUT）→ A5（H1） 1 A2 S2，S11，S12 2 运放级联 A5A（OUTA）→A2（H1） A2A (OUTA) →A6 (H1) 3 运放级联 2 A5 S4，S6 4 负反馈 A6（OUT）→A5（H2） 3 A6 S4，S7，S9 5 A6（OUT）→B3（CH1） 示波器联接 4 B5 ‘S-ST’ ×1档 6 B5（OUT）→B3（CH2） （3）运行、观察、记录： 运行LABACT程序，在自动控制菜单下的“线性系统的校正和状态反馈” -实验项目，选中“线性
系统的状态反馈及极点配置”项，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，时间量程调整到X2档。
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调节时间ts。 2）．观察极点配置后系统
根据如图3-3-23所示的被控系统，若期望性能指标校正为：超调量MP≤20%，峰值时间tP≤0.5秒，设计状态反馈后系统的模拟电路见图3-3-24所示。经计算要求反馈系数K1=-10.5=R1/R2，R1=200K，则R2=18.5K；反馈系数K2=15.8=R1/R3，R1=200K，则R3=12.6K。
图3-3-24 极点配置后系统的模拟电路
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爱迪克自控/计控原理实验系统
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≥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= 3.5V（D1单元右显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-3-24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（Ui） B5（OUT）→A5（H1） 2 1 A2 运放级联 A5A（OUTA）→A2（H1） S2，S11，S12 3 A2A (OUTA) →A6 (H1) 运放级联 2 A5 S4，S6 4 运放级联 A6（OUT） →A7 (H1) 3 A6 S4，S7，S9 5 跨接反馈电阻元件库A11中可变电阻跨接到 4 A7 S3，S8，P 6 R2=18.5K A2A（OUTA）和A5（IN）之间 5 B5 ‘S-ST’ 7 跨接反馈电阻元件库A11中可变电阻跨接到
8 R3=12.6K A6（OUT）和A5（IN）之间
9 A7A（OUTA）→B3（CH1） 示波器联接
10 B5（OUT）→B3（CH2） ×1档 （3）运行、观察、记录：
运行LABACT程序，在自动控制菜单下的“线性系统的校正和状态反馈” -实验项目，选中“线性系统的状态反馈及极点配置”项，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。
三. 实验报告要求
按下表所示构建实验被控系统，设计状态反馈参数，並构建状态反馈后系统，画出状态反馈后系统模拟电路图，及状态反馈前、后的时域特性曲线，观测校正后超调量Mp，峰值时间tP填入实验报告。
被控系统参数 超调量Mp(%) 积分常数Ti 惯性常数T （设计目标） ＜20% 1 ＜5% 0.05 ＜20% 0.4 ＜5% 峰值时间tP （设计目标） ＜0.5 ＜0.5 ＜0.5 ＜0.5 测 量 值 超调量Mp(%) 峰值时间tP 3.4 非线性系统的相平面分析
3.4.1 典型非线性环节
一．实验目的
1．了解和掌握各种典型非线性环节的数学表达式。
2．用相平面法观察和分析分别由函数发生器产生的典型理想非线性环节的输出特性。
二．实验步骤及内容
用相平面法观察和分析函数发生器产生的典型理想非线性环节的输出特性。观察各种典型非线性环节的非线性特性参数对输出特性的影响。
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典型非线性环节实验项目，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）的CH1、CH2测量波形。具体用法参见实验指导书第二章虚拟示波器部分。
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