新自动控制原理实验箱实验指导书(5)

淮北师范大学 自动控制原理实验指导

幅频特性的测试按图3.4接线，测量时示波器的X轴停止扫描，在示波器（或万用表的交流电压档）上分别读出输入和输出信号的双倍幅值，即2Xm=2Y1m，2Ym=2Y2m，就可求得对应的幅频值|G(j?)|?测试表中。

2Y2Y1m2Y，记下1m，20lg1m和频率ω的值填入表3.3幅频特性的

2Y2m2Y2m2Y2m

2、二阶系统开环频率特性的测试 待测的开环传递函数为G(S)?K，其中(T1S?1)(T2S?1)T1?R1?C1,T1?R1?C1,K?(R3?R1)/(R2?R0)，图4.5为其模拟电路图。

R110KR310KR2100KC11ufR0Ui(s)10K-+C21uf-Uo(s)+

图3.5

按照图3.3和图3.4的接线图，分别观察李沙育图形，得出相关的数据，测出二阶系统的开环相频特性和开环幅频特性。

五、实验步骤

1、利用实验仪器，按照实验原理连接各环节的模拟电路图，按照接线图，测试各系统的相关数据，并分别填入表中。惯性环节可使用运放单元（一）、（二）；二阶开环系统可使用运放单元（六）、（七）； ⑴ 同时按下电源单元中的按键开关S001，S002，并按下信号源单元的按键开关S1001。用示波器测试TP1001测试钩处的波形。将正弦波的频率调节为50Hz。

⑵ 按照图3.2连接好电路，按下电路中所用到运放单元的按键开关。错误！未指定书

签。

⑶ 用导线将连接好的模拟电路的输入端与正弦波的输出端OUT1001相连接。 ⑷ 将示波器置于X-Y测试档，示波器的X输入端连接正弦波的输入端TP1001处（或TP1002），Y输入端连接所接电路的输出端。观察示波器所显示的李沙育图形，并记录实验原理中要求记录的Yo，Ym，2Y1m，2Y2m等数据，填入表3.2和表3.3中。

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表3.2 相频特性的测试表 ω Yo Ym φ 表3.3 幅频特性的测试表

ω 2Y1m 2Y2m 2Y1m/2Y2m 20lg[2Y1m/(2Y2m)] 2、利用实验数据，分别画出其20lg|G(j?)|??幅频特性曲线和?(?)??相频特性曲线。

3、利用实验仪器，按照实验原理连接二阶开环系统的模拟电路图，按照接线图，重复上述步骤⑴、⑵、⑶、⑷，记录二阶开环系统的相关数据填入表中，并分别画出其幅频特性曲线和相频特性曲线。

4、分析实验结果，完成实验报告。

六、实验结果分析

1、画出被测系统的模拟电路图，计算其传递函数。

2、采用李沙育图形法测量各系统的相关参数，并画出该系统的幅频特性和相频特性图。 3、分析比较所测结果与模拟电路图计算结果的差距。

七、实验思考题

1、在测试相频特性时，若把信号源的正弦信号送示波器的Y轴，而把被测系统的输出送到示波器的X轴，试问这样情况下如何根据椭圆旋转的光点方向来确定相位的超前和滞后？

2、若需要测量系统内部某个环节的频率特性，如何测量？

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实验四 控制系统的动态校正

一、实验目的

1、熟悉串联校正装置对线性系统稳定性和动态特性的影响。 2、掌握串联校正装置的设计方法和参数调试技术。

二、实验内容

1、观察未校正系统的稳定性和动态特性。

2、按动态特性要求设计串联校正装置。

3、观察加串联校正装置后系统的稳定性和动态特性，并观测校正装置参数改变对系统性能的影响。

三、实验仪器

1、ZY13001B1自动控制原理实验箱。 2、双踪低频慢扫描示波器。 3、数字万用表。

四、实验原理

当系统的开环增益满足其稳态性能的要求时，它的动态性能不理想，甚至会发生不稳定。为此需在系统中串联一校正装置，既使系统的开环增益不变，又使系统的动态性能满足要求。

?n2?二阶系统的开环传递函数为：W(S)? （4－1）

SS(S?2??n)S(?1)2??其系统方块图如图4.1所示：

R(S)1Ti.sKsTs.s+1C(S)?n2(2??) 图4.1 其开环传递函数为：W(S)?K1K? （4－2） ?S(TS?1)S(TS?1)- 22 - 淮北师范大学 自动控制原理实验指导

式中K?K1?，比较（4－1）和（4－2）得：

T?K112??n （4－3）

?n2???n （4－4） ?2??n2?如要求??21，则T?2?n2?212?n，

K1???n22??n2?1。 2T当??2时，二阶系统标准形式得闭环传递函数为： 2?n221T(S)?2??，把代入式可得，上式T(S)?n2222T2TS?2TS?1S?2?nS??n即为二阶系统的最优闭环传递函数。

1、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4.2和图4.3所示：

R(S)E(S)10.2s50.5s+1C(S) 图4.2 200K500Kr(t)200K200K-+100K1uf-+200K1ufR-+R-C(t)+ 图4.3 - 23 -

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0.2S(0.5S?1)其开环传递函数为：G(S)H(S)?其闭环传递函数为：W(S)?1.81.61.450 2S?2S?50串联校正前系统的阶跃响应C(t) 1.21U0.80.60.40.20r(t) 0123T456

图4.4

该二阶系统的阶跃响应曲线如图4.4所示。动态指标为：Mp＝63％，ts=4s，静态误差系数Kv＝25 1/s。

2、要求加串联校正装置后系统满足以下性能指标： ⑴ 超调量Mp≤20％

⑵ 调节时间（过渡过程时间）ts≤1s

⑶ 校正后系统开环增益（静态误差系数）Kv≥25 1/s

根据对校正后系统的要求，可以计算出所期望的系统开环传递函数为：

G(S)H(S)?5。

0.2S(0.1S?1)2?0.707，对阶跃响应的超调量Mp＝4.3％，调2理论证明，该二阶系统的阻尼比??整时间为0.8s，相位裕度γ＝63o。

3、串联校正装置设计

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