西電自動控制原理實驗報告

1、自動控制原理實驗報告課程編號： me3121023專業(yè) 自動化 班級 姓名 學號 實驗時間： 2014年12月一、 實驗目的和要求：通過自動控制原理實驗牢固地掌握自動控制原理課的基本分析方法和實驗測試手段。能應用運算放大器建立各種控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，掌握系統(tǒng)校正的常用方法，掌握系統(tǒng)性能指標同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)之間的基本關系。通過大量實驗，提高動手、動腦、理論結(jié)合實際的能力，提高從事數(shù)據(jù)采集與調(diào)試的能力，為構(gòu)建系統(tǒng)打下堅實的基礎。二、 實驗儀器、設備（軟、硬件）及儀器使用說明自動控制實驗系統(tǒng) 一套 計算機 （已安裝虛擬測量軟件-labact） 一臺 椎體連接線 18根實驗一 線性典型環(huán)節(jié)實驗（一）、

2、實驗目的：1、 了解相似性原理的基本概念。2、 掌握用運算放大器構(gòu)成各種常用的典型環(huán)節(jié)的方法。3、 掌握各類典型環(huán)節(jié)的輸入和輸出時域關系及相應傳遞函數(shù)的表達形式，熟悉各典型環(huán)節(jié)的參數(shù)（k、t）。4、 學會時域法測量典型環(huán)節(jié)參數(shù)的方法。（二）、實驗內(nèi)容：1、用運算放大器構(gòu)成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)和比例積分微分環(huán)節(jié)。2、在階躍輸入信號作用下，記錄各環(huán)節(jié)的輸出波形，寫出輸入輸出之間的時域數(shù)學關系。3、在運算放大器上實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的參數(shù)變化。（三）、實驗要求：1、 仔細閱讀自動控制實驗裝置布局圖和計算機虛擬測量軟件的使用說明書。2、 做好預習，根據(jù)實驗內(nèi)容中的原理圖及相應

3、參數(shù)，寫出其傳遞函數(shù)的表達式，并計算各典型環(huán)節(jié)的時域輸出響應和相應參數(shù)（k、t）。3、分別畫出各典型環(huán)節(jié)的理論波形。5、 輸入階躍信號，測量各典型環(huán)節(jié)的輸入和輸出波形及相關參數(shù)。（四）、實驗原理：實驗原理及實驗設計：1 比例環(huán)節(jié)： ui-uo的時域響應理論波形： 傳遞函數(shù)：g(s)=uo(s)/ui(s)=10/3比例系數(shù)：k=10/3時域輸出響應：uo(t)=10/3 2 慣性環(huán)節(jié)： ui-uo的時域響應理論波形：傳遞函數(shù)：g(s)=uo(s)/ui(s)=1/(0.1s+1)比例系數(shù)：k=1時常數(shù)：t=rc=0.1時域輸出響應：uo(t)=(1-3積分環(huán)節(jié)： ui-uo的時域響應理論波形：

4、 傳遞函數(shù)：g(s)=uo(s)/ui(s)=1/0.1s時常數(shù)：t=0.1時域輸出響應：uo(t)=10t4比例積分環(huán)節(jié)： ui-uo的時域響應理論波形： 傳遞函數(shù)：g(s)=uo(s)/ui(s)=比例系數(shù)：k=5時常數(shù)：t=1/k=0.2時域輸出響應：uo(t)=(1+10t)5比例微分環(huán)節(jié)： ui-uo的時域響應理論波形： 傳遞函數(shù)：g(s)=uo(s)/ui(s)= 1.62s+28.8比例系數(shù)：k=3.6時常數(shù)：t=0.05時域輸出響應：uo(t)= 28.8+1.62(t)6比例積分微分環(huán)節(jié)： ui-uo的時域響應理論波形： 傳遞函數(shù)：g(s)=uo(s)/ui(s)= 比例系數(shù)

5、：k=2時常數(shù)：t=0.01時域輸出響應：u0(t)=(90t+9)+0.1（五）、實驗方法與步驟1、 根據(jù)原理圖構(gòu)造實驗電路。2、 測量輸入和輸出波形圖。3、 將所測得的數(shù)據(jù)填入實驗數(shù)據(jù)表中。（六）、討論與思考1、 寫出各典型環(huán)節(jié)的微分方程（建立數(shù)學模型）。比例環(huán)節(jié): 慣性環(huán)節(jié): 積分環(huán)節(jié): y(t)=k2、 根據(jù)所描述的各典型環(huán)節(jié)的微分方程，你能否用電學、力學、熱力學和機械學等學科中的知識設計出相應的系統(tǒng)？請舉例說明，并畫出原理圖。機械位移系統(tǒng),物體在外力f(t)作用下產(chǎn)生位移y(t)，寫出運動方程.m+f+ky(t)=f(t) 3、 利用matlab仿真，與實驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分

6、析其誤差及產(chǎn)生的原因。原因：實驗箱中電阻值和電容值得與標準值存在誤差、外界電磁的干擾和信息傳輸時間的延遲滯后,都使得理論值與實測數(shù)據(jù)與波形存在誤差。（七）、記錄實驗數(shù)據(jù)：名稱參數(shù)理論值實測值比例環(huán)節(jié)r =100kr1=50kk = r/r1 =2k=uo / ui =1.99r =100kr1=100kk = r/r1 =1k=uo / ui =1.0035慣性環(huán)節(jié)r=r1=100kc=1ft=r*c =0.1st=0.107sc=2ft=r*c =0.2st=0.203s積分環(huán)節(jié)r1=100kc=1uft=r1*c =0.1st=0.107sc=2 uft=r1*c =0.2st=0.214

7、s比例積分環(huán)節(jié)r=r1=200kc=1uft=r1*c =0.2st=0.203sc=2uft=r1*c =0.4st=0.396s比例微分環(huán)節(jié)r3=100kk=6t=0.06s比例積分微分環(huán)節(jié)c1=1ufc2=1ufti=0.2td=0.06s（八）、實測波形：比例環(huán)節(jié) 慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)比例積分比例微分比例積分微分實驗二 二階系統(tǒng)的性能研究（一）、實驗目的：通過實驗加深理解二階系統(tǒng)的性能指標同系統(tǒng)參數(shù)的關系。（二）、實驗內(nèi)容：1、二階系統(tǒng)的時域動態(tài)性能研究；（三）、實驗要求：1、做好預習，根據(jù)實驗原理圖所示相應參數(shù)，寫出系統(tǒng)的開環(huán)，閉環(huán)傳遞函數(shù)。計算x、wn、tr、ts、tp、s%、等理論值

8、，并繪制單位階躍信號下的輸出響應理論波形。 2、自己設計實驗參數(shù)。（四）、實驗原理：實驗原理及實驗設計：預習內(nèi)容：(1) 二階系統(tǒng)時域?qū)嶒瀰?shù)計算： 傳遞函數(shù)：g(s)=uo(s)/ui(s)=/(0.1r+rs+)超調(diào)量上升時間 tr= 或tr=峰值時間 tp=調(diào)整時間 ts=（五）、實驗方法與步驟1、根據(jù)原理圖構(gòu)造實驗電路。2、測量時域響應波形和數(shù)據(jù)。3、將所測得的數(shù)據(jù)填入實驗數(shù)據(jù)表中。（六）、記錄實驗數(shù)據(jù)： 輸入電阻r參數(shù)70k40k20k10k5k增益k1.432.551020自然頻率n（計算值)3.7857.071014.14阻尼比（計算值)1過阻尼=1.32臨界阻尼=1欠阻尼=0.

9、707欠阻尼=0.5欠阻尼=0.356超調(diào)量s%計算值4.3%16.3%30.2%測量值5.1%17.8%31.97%上升時間tr計算值1.25s0.700s0.471s0.242s0.146s測量值1.327s0.685s0.471s0.246s0.150s峰值時間tp計算值0.630s0.36s0.238s測量值0.631s0.364s0.235s調(diào)節(jié)時間ts計算值0.600s0.600s0.600s測量值1.894s0.995s0.599s0.551s0.589s（七）、記錄實驗實測波形：1、r=70k時上升時間調(diào)節(jié)時間2、r=40k時上升時間調(diào)節(jié)時間3、r=20k時超調(diào)量 +峰值時間上

10、升時間調(diào)整時間4、r=10k時超調(diào)量上升時間峰值時間調(diào)整時間5、r=5k時超調(diào)量+峰值時間上升時間調(diào)節(jié)時間（八）、思考題：1、 在本實驗中，系統(tǒng)能否出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，此時電阻值r的取值范圍？答：此次實驗中不可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，因為閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點一直在s左半平面，滿足勞斯判據(jù)。2、 在系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況，你能否通過改變其它元器件參數(shù)，使系統(tǒng)變得穩(wěn)定？改哪些參數(shù)？如何改？請分別列出，并加以分析。答：增加比例微分控制環(huán)節(jié)和速度反饋控制環(huán)節(jié)，減少原系統(tǒng)的震蕩性和參數(shù)的改變。3、 利用matlab仿真，與實驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生的原因。答：matlab仿真得到的數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)與波

11、形相比較大致相同，但是存在誤差；可能是因為實驗中電子線路元件的值有誤差。,儀器的不精確，以及人為讀數(shù)選點上的一點誤差。實驗三 系統(tǒng)時域分析實驗（一）、實驗目的：1、 深入掌握二階系統(tǒng)的性能指標同系統(tǒng)閉環(huán)極點位置的關系。2、 掌握高階系統(tǒng)性能指標的估算方法及開環(huán)零、極點同閉環(huán)零、極點的關系。3、能運用根軌跡分析法由開環(huán)零極點的位置確定閉環(huán)零極點的位置。（二）、實驗內(nèi)容：1、運用根軌跡法對控制系統(tǒng)進行分析；明確閉環(huán)零、極點的分布和系統(tǒng)階躍響應的定性關系。（三）、實驗要求：1、做好預習，根據(jù)原理圖所示相應參數(shù)，計算理論值并繪制根軌圖，用試探法確定主導極點的大致位置。2、用routh穩(wěn)定判據(jù)，求出系統(tǒng)

12、穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和不穩(wěn)定時的k值范圍和r的取值。 3、畫出輸入輸出的理論波形(單位階躍信號作用下)。（四）、實驗原理：1、根軌跡：當k由0變化時，閉環(huán)特征根在s平面上移動的軌跡城根軌跡，不僅直觀的表示了k 變化時間閉環(huán)特征根的變化，還給出了參數(shù)時閉環(huán)特征根在s平面上分布的影響?？膳卸ㄏ到y(tǒng)的穩(wěn)定性，確定系統(tǒng)的品質(zhì)。穩(wěn)定性：根軌跡若越過虛軸進入s右半平面，與虛軸交點的k即為臨界增益。穩(wěn)態(tài)性能：根據(jù)坐標原點的根數(shù)，確定系統(tǒng)的型別，同時可以確定對應的靜態(tài)誤差系數(shù)。預習內(nèi)容：(1) 三階系統(tǒng)時域?qū)嶒瀰?shù)計算和根軌跡圖： 選取r=340k的根軌跡圖（五）、實驗方法與步驟1、根據(jù)原理圖構(gòu)造實驗電路。2、測量時

13、域響應波形和相應參數(shù)。3、將所測得的數(shù)據(jù)填入實驗數(shù)據(jù)表中。（六）、記錄實驗數(shù)據(jù)：反饋電容c2反饋電容c3穩(wěn)定（衰減振蕩）臨界穩(wěn)定（等幅振蕩）不穩(wěn)定（發(fā)散振蕩r=350kr=40.5kr=38.5k1u1u%=19%tr=1.605stp=2.333sts=3.532sr=40.5kr=38.5k2u%=34.5%tr=1.798stp=3.039sts=6.935sr=43.5kr=38.5k2u1u%=24%tr=1.605stp=2.440sts=5.030sr=71.5kr=38.5k2u%=39.8%tr=1.884stp=3.146sts=10.082sr=84.5kr=38.5k（

14、七）、記錄實驗實測波形：1、c2=1u,c3=1u,r=350k系統(tǒng)穩(wěn)定時超調(diào)量和上升時間峰值時間調(diào)整時間2、c2=1u,c3=2u, r=350k系統(tǒng)穩(wěn)定時超調(diào)量和上升時間峰值時間調(diào)整時間3、c2=2u,c3=1u, r=350k系統(tǒng)穩(wěn)定時超調(diào)量和上升時間峰值時間調(diào)整時間4、c2=2u,c3=2u, r=350k系統(tǒng)穩(wěn)定時超調(diào)量和上升時間峰值時間調(diào)整時間5、c2=1u,c3=1u, r=40.5k系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時6、c2=1u,c3=2u, r=40.5k 發(fā)散振蕩，與5作比較c2=1u,c3=2u, r=43.5k系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時7、c2=2u,c3=1u, r=40.5k 發(fā)散振蕩，與5作比

15、較c2=2u,c3=1u, r=71.5k系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時8、c2=2u,c3=2u, r=40.5k 發(fā)散振蕩，與5作比較c2=2u,c3=2u, r=84.5k系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時9、c2=1u,c3=1u, r=38.5k系統(tǒng)微微發(fā)散振蕩不穩(wěn)定時10、c2=1u,c3=2u, r=38.5k與9作比較11、c2=2u,c3=1u, r=38.5k與9作比較12、c2=2u,c3=2u, r=38.5k與9作比較（八）、思考題：1、系統(tǒng)的性能指標不理想時，如何改變系統(tǒng)零、極點的位置使系統(tǒng)性能指標得到改善？在實際中是否可以無限制地改變系統(tǒng)零、極點的位置？請說明理由。答：1、若要使系統(tǒng)穩(wěn)定，則閉環(huán)極點

16、都必須位于s左半平面。2、若要提高系統(tǒng)的快速性，閉環(huán)極點要遠離虛軸。3、要是平穩(wěn)性好，震蕩要小，則負數(shù)極點最好位于s平面中與負實軸成45夾角線附近。在實際中不能無限制的改變系統(tǒng)的零、極點的位置，零點對系統(tǒng)根軌跡有排斥的作用，而極點有吸引的作用，因此要合適的選擇零極點的位置使系統(tǒng)具有良好的平穩(wěn)性。2、在本實驗中，系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況下，不增加零點，而是通過改變其它零、極點的位置，能否使系統(tǒng)穩(wěn)定？如果可以，如何改變？如果不能，為什么？答：通過改變零，極點的位置可以讓系統(tǒng)穩(wěn)定，因為若系統(tǒng)極點都在s平面內(nèi)，系統(tǒng)穩(wěn)定，所以只要將所有極點移到s左半平面就可以了。3、 利用matlab仿真，與實驗中實測數(shù)據(jù)和波

17、形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生的原因。答：matlab仿真得到的數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)與波形相比較大致相同，但是存在誤差；有可能是因為控制系統(tǒng)電子線路中元件的值有誤差。4、 利用matlab繪制根軌跡圖。穩(wěn)定 c2=1uf c3=1uf： 穩(wěn)定 c2=1uf c3=2uf:穩(wěn)定 c2=2uf c3=1uf: 穩(wěn)定 c2=2uf c3=2uf:臨界穩(wěn)定 c2=1uf c3=1uf:臨界穩(wěn)定 c2=1uf c3=2uf:臨界穩(wěn)定 c2=2uf c3=1uf:臨界穩(wěn)定 c2=2uf c3=2uf:實驗四 二階系統(tǒng)的性能頻域研究（一）、實驗目的：1、通過實驗加深理解二階系統(tǒng)的性能指標同系統(tǒng)參數(shù)的關系。2、掌握系統(tǒng)

18、頻率特性測試方法。3、研究二階系統(tǒng)頻率特性與系統(tǒng)動態(tài)性能之間的關系。（二）、實驗內(nèi)容：二階系統(tǒng)的頻域動態(tài)性能研究；（三）、實驗要求：1、自己設計實驗參數(shù)。2、根據(jù)原理圖所示相應參數(shù)，計算理論值mp 、p、b等理論值，并繪制幅頻、相頻和幅相特性圖.（四）、實驗原理：實驗原理及實驗設計：預習內(nèi)容：(1)、二階系統(tǒng)的頻域?qū)嶒瀰?shù)計算：傳遞函數(shù)：g(s)=uo(s)/ui(s)=/(0.1r+rs+)超調(diào)量上升時間 tr= 或tr=峰值時間 tp=調(diào)整時間 ts=（五）、實驗方法與步驟1、根據(jù)原理圖構(gòu)造實驗電路。2、測量頻域伯德圖和奈奎斯特圖。3、將所測得的數(shù)據(jù)填入實驗數(shù)據(jù)表中。（六）、記錄實驗數(shù)據(jù)：

19、 輸入電阻r參數(shù)40k10k增益k2.510自然頻率n（計算值)510阻尼比（計算值)臨界阻尼=1欠阻尼=0.5諧振峰值mp(db)計算值1.15測量值1.23諧振頻率p（rad/s）計算值7.071測量值7.07截止頻率c(rad/s)計算值10.0測量值10.04l()=-3.1db時的頻率b（rad/s）測量值3.0912.73()=-90時的g（rad/s）測量值5.0310.04re=0時的im值測量值-0.47-1.02（七）、記錄實驗實測圖形：40kwbwgim10kmp+wpwcwbwgim（八）、思考題：1、 通過實驗你有何心得體會，發(fā)現(xiàn)了什么問題，有何改進意見？答：通過自己

20、親自動手實驗，進一步理解了二階系統(tǒng)的性能指標同系統(tǒng)參數(shù)的關系，雖然剛開始的時候比較難以理解，到最后得到圖形和數(shù)據(jù)時對書上的公式得到驗證。2、 利用matlab仿真，與實驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生的原因。答：matlab仿真得到的數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)與波形相比較，大致相同，但是存在誤差；可能是因為控制系統(tǒng)電子線路中元件的值有誤差。課本上的wb1.6wc可在高頻段時滿足情況得到驗證。3、 利用matlab繪制波德圖。臨界阻尼波德圖奈氏圖 欠阻尼波德圖奈氏圖實驗五 校正實驗（一）、實驗目的：1了解和掌握超前校正的原理。2了解和掌握利用閉環(huán)和開環(huán)的對數(shù)幅頻特性和相頻特性完成超前校正網(wǎng)絡的參數(shù)

21、的計算。3掌握在被控系統(tǒng)中如何串入超前校正網(wǎng)絡，構(gòu)建一個性能滿足指標要求的新系統(tǒng)的方法。 （二）、實驗說明：超前校正的原理是利用超前校正網(wǎng)絡的相角超前特性，使中頻段斜率由-40db/dec變?yōu)?20 db /dec并占據(jù)較大的頻率范圍，從而使系統(tǒng)相角裕度增大，動態(tài)過程超調(diào)量下降；并使系統(tǒng)開環(huán)截止頻率增大，從而使閉環(huán)系統(tǒng)帶寬也增大，響應速度也加快。超前校正網(wǎng)絡的電路圖及伯德圖見圖3-3-1。 圖3-3-1 超前校正網(wǎng)絡的電路圖及伯德圖超前校正網(wǎng)絡傳遞函數(shù)為： （1）網(wǎng)絡的參數(shù)為： ， （2）在設計超前校正網(wǎng)絡時，應使網(wǎng)絡的最大超前相位角盡可能出現(xiàn)在校正后的系統(tǒng)的幅值穿越頻率c處，即m=c。 網(wǎng)絡

22、的最大超前相位角為： 或為： （3）的對數(shù)幅頻值為： （4）網(wǎng)絡的最大超前角頻率為： （5）從式（1）可知，接入超前校正網(wǎng)絡后被校正系統(tǒng)的開環(huán)增益要下降a倍，因此為了保持與系統(tǒng)未校正前的開環(huán)增益相一致，接入超前校正網(wǎng)絡后，必須另行提高系統(tǒng)的開環(huán)增益a倍來補償。（三）、實驗內(nèi)容 ：1觀測被控系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性和相頻特性，幅值穿越頻率c，相位裕度，按“校正后系統(tǒng)的相位裕度”要求,設計校正參數(shù)，構(gòu)建校正后系統(tǒng)。2觀測校正前、后的時域特性曲線，並測量校正后系統(tǒng)的相位裕度、超調(diào)量mp、峰值時間tp。3改變 “校正后系統(tǒng)的相位裕度”要求,設計校正參數(shù)，構(gòu)建校正后系統(tǒng)，畫出其系統(tǒng)模擬電路圖和階躍響應曲線

23、，觀測校正后相位裕度、超調(diào)量mp、峰值時間tp填入實驗報告。（四）、實驗步驟：1未校正系統(tǒng)的時域特性的測試 未校正系統(tǒng)模擬電路圖預習內(nèi)容：積分時間常數(shù)ti=r1*c1=0.2s，慣性時間常數(shù) t=r2*c2=0.3s慣性環(huán)節(jié)比例系數(shù)k=r2/r3=300k/50k=6則未校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：2未校正系統(tǒng)的頻域特性的測試本實驗將a/d-d/a轉(zhuǎn)換（b2）單元作為信號發(fā)生器，實驗開始后，將按頻率特性掃描點設置表規(guī)定的頻率值，按序自動產(chǎn)生多種頻率信號，daout輸出施加于被測系統(tǒng)的輸入端r(t)，然后分別測量被測系統(tǒng)的輸出信號的開環(huán)對數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關運算后在虛擬示波器中顯示。未校正系統(tǒng)

24、頻域特性測試的模擬電路圖見圖3-3-4。未校正系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖未校正系統(tǒng)開環(huán)伯德圖在開環(huán)對數(shù)幅頻曲線處， ，從開環(huán)對數(shù)相頻曲線中，標尺線到標尺線與曲線相交處角頻率值為，見上圖。 則未校正系統(tǒng)頻域特性：穿越頻率c= 9.28rad/s相位裕度=193預習內(nèi)容：超前校正網(wǎng)絡的設計 未校正系統(tǒng)模擬電路的相位裕度=19。 如果設計要求校正后系統(tǒng)的相位裕度=52，則網(wǎng)絡的最大超前相位角必須為：，。其中為考慮所減的角度，一般取510。 據(jù)式（3）可計算出網(wǎng)絡的參數(shù)： 據(jù)式（4）可計算出網(wǎng)絡的最大超前相位角處的對數(shù)幅頻值為： 在系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線上的處，角頻率=14.4 rad/s ，見下圖：

25、未校正系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線 據(jù)式（5）可計算出計算串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡參數(shù)： 據(jù)式（2）令 c=1u， 計算出：r4=155k， r5=38.7k超前校正網(wǎng)絡傳遞函數(shù)為： 4、串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)的頻域特性的測試串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖見下圖。串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)頻域特性測試的模擬電路圖5、串聯(lián)超前校正系統(tǒng)的時域特性的測試串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)時域特性測試的模擬電路圖見下圖。 串聯(lián)超前校正后系統(tǒng)時域特性測試的模擬電路圖（五）、實驗數(shù)據(jù)記錄：性能指標系統(tǒng) 超調(diào)量%峰值時間tp(s)上升時間tr(s)調(diào)節(jié)時間ts(s)截止頻率c（rad/s）相位裕（）未校正系統(tǒng)60.3%0.3000.161

26、1.76610.3818.8加超前校正環(huán)節(jié)18.9%0.1930.1180.34215.2652.77(六)、波形記錄：1、未校正系統(tǒng)超調(diào)量+上升時間峰值時間調(diào)節(jié)時間截止頻率相位裕度180-161.20=18.82、加超前校正環(huán)節(jié)后超調(diào)量和上升時間峰值時間調(diào)節(jié)時間截止頻率相位裕度180-127.23=52.77（七）、思考題：將實驗結(jié)果與理論知識對比討論答：加入超前校正環(huán)節(jié)之后，使得系統(tǒng)的輸出波形的超調(diào)量、峰值時間、上升時間、調(diào)節(jié)時間較之前均變小，相角裕度增大，系統(tǒng)變得更加的穩(wěn)定。實驗設計滿足要求后，測出的相角裕度也滿足要求，不過存在誤差，在設計計算過程中會不斷的取近似值，測量調(diào)節(jié)可變電阻也存

27、在誤差等等，這些原因都會使得理論與測量值之間產(chǎn)生一定的誤差，不過最終設計的校正系統(tǒng)滿足了要求，達到了預期目標，使得系統(tǒng)愈加穩(wěn)定，和所學理論相一致。實驗也讓我加深了對超前校正的理解與記憶，進一步鞏固了所學的知識點。實驗六 非線性典型環(huán)節(jié)實驗（一）、實驗目的：1、了解相似性原理的基本概念。2、掌握用運算放大器構(gòu)成各種常用的典型環(huán)節(jié)的方法。3、掌握各類典型環(huán)節(jié)的輸入和輸出時域關系。4、學會時域法測量典型環(huán)節(jié)參數(shù)的方法。（二）、實驗內(nèi)容：1、用運算放大器構(gòu)成飽和、繼電器、死區(qū)、空回（可選做）非線性典型環(huán)節(jié)。2、輸入在 + 5 - 5伏之間可連續(xù)變化的電壓信號，測量各典型環(huán)節(jié)的輸入和輸出波形及相關參數(shù)。

28、（三）、實驗要求：1、做好預習，根據(jù)實驗內(nèi)容中的原理圖及相應參數(shù)，寫出其數(shù)學表達式，并計算相關參數(shù)。2、分別畫出各典型環(huán)節(jié)的理論波形。（四）、實驗原理：實驗原理及實驗設計：1、繼電器特性 ui-uo的時域響應理論波形： 輸出uo 2、飽和特性 ui-uo的時域響應理論波形：比例系數(shù)（斜率）：k=rf/ro =2 輸出uo：3、死區(qū)特性 ui-uo的時域響應理論波形： 死區(qū)值：=(r2/50)*12(v)=0.4 r2(v) 輸出uo：4、空回（磁滯回線）特性 ui-uo的時域響應理論波形： 輸出uo（六）、記錄實驗數(shù)據(jù)：名稱參數(shù)理論值實測值飽和特性r =50kr1=10km=4k = r/r1

29、 =5m=4m=3.624k=5.001繼電器特性r1=10km=4m=3.658（七）、記錄實驗波形：1繼電器特性測量m測量k=1.007/0.2012飽和特性測量m（八）、思考題：1、 根據(jù)所描述的各非線性典型環(huán)節(jié)，你能否用電學、力學、熱力學和機械學等學科中的知識設計出相應的系統(tǒng)？請舉例說明，并畫出原理圖。例：確定圖中非線性系統(tǒng)的自振蕩振幅和頻率解：理想繼電特性的描述函數(shù)為 n(a)=4xm/a 由于故-1/n(a)的軌跡為沿整個負實軸的直線 線性部分的頻率特性 根據(jù)產(chǎn)生自持振蕩的條件得 2-2=0 解之得=1.4將之代入reg(j) 得 由 得 a0=2.12、 利用matlab仿真，與實驗中實測數(shù)據(jù)和波形相比較，分析其誤差及產(chǎn)生的原因。答：matlab仿真得到的數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)與波形相比較大致相同，但是存在誤差；有可能是因為控制系統(tǒng)電子線路中元件的值有誤差。實驗七 非線性系統(tǒng)實驗（一）、實驗目的：1、熟悉非線性系統(tǒng)的分析方法(相平面法)。2、了解控制系統(tǒng)存在非線性環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響。（二）、實驗內(nèi)容：用相平面法分析繼電型非線性系統(tǒng)的階躍響應和穩(wěn)態(tài)誤差。（三）、實驗要求：1、做好預習，根據(jù)實驗內(nèi)容中的原理圖及結(jié)構(gòu)圖的相應參數(shù)計算在階躍信號作用下誤差e(t)的相軌跡。2、