自動(dòng)控制試驗(yàn)參考指導(dǎo)書

東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)室.7目錄第一章實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)概述-----------------------------------3第二章硬件構(gòu)成及使用-------------------------------4第三章THBDC-1軟件使用闡明--------------------------7第一節(jié)THBDC-1界面簡(jiǎn)介--------------------------------7

第二節(jié)THBDC-1軟件使用闡明--------------------------10第四章自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)-------------------------------13實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)電路模仿-----------------------------13實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)-----------------------------18實(shí)驗(yàn)三閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)研究---------------------------21實(shí)驗(yàn)四系統(tǒng)頻率特性測(cè)試-----------------------------23實(shí)驗(yàn)五Matlab/Simulink仿真實(shí)驗(yàn)------------------------25實(shí)驗(yàn)六串聯(lián)校正研究-----------------------------------26實(shí)驗(yàn)七非線性系統(tǒng)相平面分析法-----------------------28實(shí)驗(yàn)八采樣控制系統(tǒng)分析-----------------------------88實(shí)驗(yàn)九控制系統(tǒng)極點(diǎn)任意配備-------------------------36實(shí)驗(yàn)十狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)---------------------------------39實(shí)驗(yàn)十一控制系統(tǒng)大型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)---------------------------43第一章實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)概述“THBDC-1改進(jìn)型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”是天煌公司結(jié)合教學(xué)和實(shí)踐需要，依照東南大學(xué)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)室提出規(guī)定，而進(jìn)行精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。合用于高校自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具備實(shí)驗(yàn)功能全、資源豐富、使用靈活、接線可靠、操作快捷、維護(hù)簡(jiǎn)樸等長(zhǎng)處。實(shí)驗(yàn)臺(tái)硬件某些重要由直流穩(wěn)壓電源、低頻信號(hào)發(fā)生器、階躍信號(hào)發(fā)生器、低屢屢率計(jì)、交/直流數(shù)字電壓表、模仿運(yùn)算放大器、數(shù)據(jù)采集接口單元、步進(jìn)電機(jī)單元、軸流電機(jī)單元、溫度控制單元、力矩電機(jī)系統(tǒng)、通用單元電路、電位器組等單元構(gòu)成。上位機(jī)軟件則集中了虛擬示波器、信號(hào)發(fā)生器、VBScript腳本編程器、實(shí)驗(yàn)仿真等各種功能于一體。其中虛擬示波器可顯示各種波形，有X-T、X-Y、Bode圖三種顯示方式，并具備圖形和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印功能，而VBScript腳本編程器提供了一種開(kāi)放編程環(huán)境，顧客可在上面編寫各種算法及控制程序，由于使用了研華公司開(kāi)發(fā)PCI-1711轉(zhuǎn)接卡，可以十分以便運(yùn)用Matlab/Simulink軟件對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過(guò)電路單元模仿控制工程中各種典型環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行模仿仿真研究，使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)控制理論及計(jì)算機(jī)控制算法有更深一步理解，并提高分析與綜合系統(tǒng)能力。同步通過(guò)對(duì)本實(shí)驗(yàn)裝置中軸流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、爐溫系統(tǒng)、力矩電機(jī)系統(tǒng)四個(gè)實(shí)際被控對(duì)象控制，使學(xué)生熟悉各種算法在實(shí)際控制系統(tǒng)中應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，控制理論既有持續(xù)某些實(shí)驗(yàn)，又有離散某些實(shí)驗(yàn)；既有典型理論實(shí)驗(yàn)，又有當(dāng)代控制理論實(shí)驗(yàn)；而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)除了常規(guī)實(shí)驗(yàn)外，還增長(zhǎng)了當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用廣泛、效果卓著模糊控制、神經(jīng)元控制、二次型最優(yōu)控制等實(shí)驗(yàn)。第二章硬件構(gòu)成及使用一、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源重要用于給實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供電源。有±5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/1.0A五路，每路均有短路保護(hù)自恢復(fù)功能。它們開(kāi)關(guān)分別由有關(guān)鈕子開(kāi)關(guān)控制，并由相應(yīng)發(fā)光二極管批示。其中+24V主用于溫度控制單元和直流電機(jī)單元。實(shí)驗(yàn)前，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)左側(cè)空氣開(kāi)關(guān)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)上電源總開(kāi)關(guān)。并依照需要將±5V、±15V、+24V鈕子開(kāi)關(guān)拔到“開(kāi)”位置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)2號(hào)連接導(dǎo)線將直流電壓接到需要位置。二、低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器及鎖零按鈕低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器由單片集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器專用芯片及外圍電路組合而成，重要輸出有正弦信號(hào)、三角波信號(hào)、方波信號(hào)、斜坡信號(hào)和拋物線信號(hào)。輸出頻率分為T1、T2、T3、T4四檔。其中正弦信號(hào)頻率范疇分別為0.1Hz～3.3Hz、2.5Hz～86.4Hz、49.8Hz～1.7KHz、700Hz～10KHz三檔，Vp-p值為16V。使用時(shí)先將信號(hào)發(fā)生器單元鈕子開(kāi)關(guān)拔到“開(kāi)”位置，并依照需要選取適當(dāng)波形及頻率檔位，然后調(diào)節(jié)“頻率調(diào)節(jié)”和“幅度調(diào)節(jié)”微調(diào)電位器，以得到所需要頻率和幅值，并通過(guò)2號(hào)連接導(dǎo)線將其接到需要位置。此外本單元尚有一種鎖零按鈕，用于實(shí)驗(yàn)前運(yùn)放單元中電容器放電。當(dāng)按下按鈕時(shí)，通用單元中場(chǎng)效應(yīng)管處在短路狀態(tài)，電容器放電，讓電容器兩端初始電壓為0V；當(dāng)按鈕復(fù)位時(shí)，單元中場(chǎng)效應(yīng)管處在開(kāi)路狀態(tài)，此時(shí)可以開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。三、階躍信號(hào)發(fā)生器階躍信號(hào)發(fā)生器重要提供實(shí)驗(yàn)時(shí)階躍給定信號(hào)，其輸出電壓范疇為-5～+5V，正負(fù)檔持續(xù)可調(diào)。使用時(shí)依照需要可選取正輸出或負(fù)輸出，詳細(xì)通過(guò)“階躍信號(hào)發(fā)生器”單元拔動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)按下自鎖按鈕時(shí)，單元輸出端輸出一種可調(diào)(選取正輸出時(shí)，調(diào)RP1電位器；選取負(fù)輸出時(shí)，調(diào)RP2電位器)階躍信號(hào)(當(dāng)輸出電壓為1V時(shí)，即為單位階躍信號(hào))，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始；當(dāng)按鈕復(fù)位時(shí)，單元輸出端輸出電壓為0V。注：?jiǎn)卧敵鲭妷嚎赏ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上直流數(shù)字電壓表來(lái)進(jìn)行測(cè)量。四、低屢屢率計(jì)低屢屢率計(jì)是由單片機(jī)89C2051和六位共陰極LED數(shù)碼管設(shè)計(jì)而成，具備輸入阻抗大和敏捷度高長(zhǎng)處。其測(cè)頻范疇為：0.1Hz～10.0KHz。低屢屢率計(jì)重要用來(lái)測(cè)量函數(shù)信號(hào)發(fā)生器或外來(lái)周期信號(hào)頻率。使用時(shí)先將低屢屢率計(jì)電源鈕子開(kāi)關(guān)拔到“開(kāi)”位置，然后依照需要將測(cè)量鈕子開(kāi)關(guān)拔到“外測(cè)”(此時(shí)通過(guò)“輸入”或“地”輸入端輸入外來(lái)周期信號(hào))或“內(nèi)測(cè)”(此時(shí)測(cè)量低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)頻率)。此外本單元尚有一種復(fù)位按鈕，以對(duì)低屢屢率計(jì)進(jìn)行復(fù)位操作。注：將“內(nèi)測(cè)/外測(cè)”開(kāi)關(guān)置于“外測(cè)”時(shí)，而輸入接口沒(méi)接被測(cè)信號(hào)時(shí)，頻率計(jì)有時(shí)會(huì)顯示一定數(shù)據(jù)頻率，這是由于頻率計(jì)輸入阻抗大，敏捷度高，從而感應(yīng)到一定數(shù)值頻率。此現(xiàn)象并不影響內(nèi)外測(cè)頻。五、交/直流數(shù)字電壓表交/直流數(shù)字電壓表有三個(gè)量程，分別為200mV、2V、20V。當(dāng)自鎖開(kāi)關(guān)不按下時(shí)，它作直流電壓表使用，這時(shí)可用于測(cè)量直流電壓；當(dāng)自鎖開(kāi)關(guān)按下時(shí)，作交流毫伏表使用，它具備頻帶寬（10Hz～400kHz）、精度高（±5‰）和真有效值測(cè)量特點(diǎn)，雖然測(cè)量窄脈沖信號(hào)，也能測(cè)得其精準(zhǔn)有效值，其合用波峰因數(shù)范疇可達(dá)到10。六、通用單元電路通用單元電路詳細(xì)見(jiàn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所示“通用單元電路**”單元、“帶調(diào)零端運(yùn)放單元”“反相器單元”和“無(wú)源元件單元”。這些單元重要由運(yùn)放、電容、電阻、電位器和某些自由布線區(qū)等構(gòu)成。通過(guò)接線和短路帽選取，可以模仿各種受控對(duì)象數(shù)學(xué)模型，重要用于比例、積分、微分、慣性等電路環(huán)節(jié)構(gòu)造。普通為反向端輸入，其中電阻多為慣用阻值51k、100k、200k、510k；電容多在反饋端，容值為0.1uF、1uF、10uF，其中通用單元電路二、三、九反向輸入端有0.1uF電容，通用單元電路八反向輸入端有4.7uF電容，可作帶微分環(huán)節(jié)。以通用單元為例，當(dāng)前搭建一種積分環(huán)節(jié)，比例常數(shù)為1s。咱們可以選取慣用元件100k、10uF，T=1k×10uF=1s，其中通用單元電路二是滿足規(guī)定，把相應(yīng)100k和10uF插針使用短路帽連接起來(lái)，鎖零按鈕按下去先對(duì)電容放電，然后用二號(hào)導(dǎo)線把正單位階躍信號(hào)輸入到積分單元輸入端，積分電路輸出端接入反向器單元，保證輸入、輸出方向一致性。觀測(cè)輸出曲線，其詳細(xì)電路如下圖所示。七、非線性單元由兩個(gè)具有非線性元件電路構(gòu)成，一種具有雙向穩(wěn)壓管，另一種具有兩個(gè)單向二極管并且需要外加正負(fù)15伏直流電源，可研究非線性環(huán)節(jié)靜態(tài)特性和非線性系統(tǒng)。其中10k、47k電位器由電位器組單元提供。例如47k電位器，既可由一號(hào)導(dǎo)線連接也可由二號(hào)導(dǎo)線連接電位器單元組中可調(diào)電位器兩個(gè)端點(diǎn)。以連接死區(qū)非線性環(huán)節(jié)為例，輸入端與正電源端、輸入端與負(fù)電源端分別為兩個(gè)10k可調(diào)電位器固定端，分別用導(dǎo)線連接；正電源所連電位器可調(diào)端與D1相連，另一種可調(diào)端與D2相連。然后使用低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出10Hz\16v正弦波，用導(dǎo)線連接到非線性環(huán)節(jié)輸入端。實(shí)驗(yàn)前斷開(kāi)電位器與電路連線，用萬(wàn)用表測(cè)量R阻值，然后再接入電路中。八、零階保持器零階保持器為實(shí)驗(yàn)主面板上U3單元。它采用“采樣-保持器”組件LF398，具備將持續(xù)信號(hào)離散后零階保持器輸出信號(hào)功能，其采樣頻率由外接方波信號(hào)頻率決定。使用時(shí)只要接入外部方波信號(hào)及輸入信號(hào)即可。九、數(shù)據(jù)采集接口單元數(shù)據(jù)采集卡采用研華產(chǎn)PCI-1711，它可直接插在IBM-PC/AT或與之兼容計(jì)算機(jī)內(nèi)，其采樣頻率為100K；有16路單端A/D模仿量輸入，轉(zhuǎn)換精度均為12位；2路D/A模仿量輸出，轉(zhuǎn)換精度均為12位；16路數(shù)字量輸入，16路數(shù)字量輸出。接口板安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)PCI插槽上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)轉(zhuǎn)接口與PC上位機(jī)連接與通訊。數(shù)據(jù)采集卡接口某些包括模仿量輸入輸出(AI/AO)與開(kāi)關(guān)量輸入輸出(DI/DO)兩某些。其中列出AI有4路，AO有2路，DI/DO各8路。運(yùn)用計(jì)算機(jī)做虛擬示波器觀測(cè)一種模仿信號(hào)，可以用導(dǎo)線直接連接到接口中AD端；若使用采集卡中信號(hào)源，用DA輸出（即實(shí)驗(yàn)中咱們普通將信號(hào)輸入到AD1端，軟件內(nèi)部信號(hào)DA1輸出）。十、實(shí)物實(shí)驗(yàn)單元涉及溫度控制單元、直流電機(jī)單元、步進(jìn)電機(jī)單元和力矩電機(jī)系統(tǒng)，重要用于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，用法詳見(jiàn)實(shí)驗(yàn)指引書。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以通過(guò)簡(jiǎn)樸連接，將某些不太復(fù)雜被控對(duì)象接人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以便地進(jìn)行不同對(duì)象控制實(shí)驗(yàn)。第三章THBDC-1軟件使用闡明第一節(jié)THBDC-1界面簡(jiǎn)介

從開(kāi)始菜單處打開(kāi)軟件界面"THBDC-1"，打開(kāi)之后軟件界面如圖1所示示波器窗口參數(shù)與操作區(qū)狀態(tài)區(qū)菜單示波器窗口參數(shù)與操作區(qū)狀態(tài)區(qū)菜單（圖1）1、數(shù)據(jù)采集 從菜單"系統(tǒng)"下面找到"開(kāi)始采集"界面如圖3：（圖3）Urb數(shù)據(jù)長(zhǎng)度——采集卡每次祈求包長(zhǎng)度（最小64，最大2048，規(guī)定必要是64整數(shù)倍）。（默認(rèn)值是1024）普通不需要設(shè)立，在采用頻率很低時(shí)，該值可以調(diào)低到512，256等適當(dāng)值，注意：只有系統(tǒng)停止采集狀態(tài)時(shí)才容許緩存設(shè)立。緩存數(shù)據(jù)長(zhǎng)度——每次送入示波器數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（必要不不大于等于Urb數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，最大819200，規(guī)定是偶數(shù)）。緩存數(shù)據(jù)長(zhǎng)度將影響示波器數(shù)據(jù)刷新快慢，即緩存越長(zhǎng)示波器刷新越慢，反之亦然。默認(rèn)值是4096，可以恰當(dāng)設(shè)立。通道選取——選取AD采集通道（通道1為采集卡1通道，通道1－2為采集卡1和2通道，此時(shí)雙通道采集，每個(gè)通道實(shí)際采樣頻率為設(shè)立采樣頻率一半）。采樣頻率——設(shè)立采集卡采樣頻率（注要：?jiǎn)挝皇荎，即最小為1000Hz，最大可以達(dá)到250KHz）。采集卡默認(rèn)增益系數(shù)為1。分頻系數(shù)——波形在Chart模式時(shí)，可以任意調(diào)節(jié)采樣頻率。該原理是等間隔均勻丟棄數(shù)據(jù)點(diǎn)。也即相稱于減少了采樣頻率，該功能特點(diǎn)是不需要停止采集，隨著滑動(dòng)按鈕調(diào)節(jié)，可以立即看到調(diào)節(jié)成果。重要用在實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)象信號(hào)頻率很低，而實(shí)驗(yàn)又需要顯示整個(gè)實(shí)驗(yàn)波形過(guò)程，這時(shí)通過(guò)滑動(dòng)按鈕可以調(diào)到合理波形。（值1相應(yīng)無(wú)分頻，值20相應(yīng)每緩存長(zhǎng)度數(shù)據(jù)只顯示1點(diǎn)）。窗口長(zhǎng)度——調(diào)節(jié)Chart模式時(shí)波形歷史數(shù)據(jù)長(zhǎng)度?；鶞?zhǔn)平移——可以邏輯設(shè)立幅值平移增量。雙通道采集時(shí)可以用來(lái)分段顯示波形?；鶞?zhǔn)增益——可以邏輯設(shè)立幅值比例系數(shù)。狀態(tài)欄第一格為系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)狀況信息欄，第二欄為當(dāng)前波形實(shí)時(shí)分析頻率值（注要：雙通道時(shí)，是指第一通道波形頻率），第三欄第四欄為十字跟蹤時(shí)，跟蹤線X1與波形相交點(diǎn)時(shí)基坐標(biāo)值和幅值坐標(biāo)值。第五欄和第六欄為十字跟蹤時(shí)，跟蹤線X2與波形相交點(diǎn)時(shí)基坐標(biāo)值和幅值坐標(biāo)值。第七欄第八欄為跟蹤線X2與跟蹤線X1坐標(biāo)值差，第九欄為|X2-X1|坐標(biāo)值差倒數(shù)。當(dāng)X1X2剛好相應(yīng)一種波形時(shí)，該倒數(shù)即為該波形頻率。開(kāi)始采集之后，界面如下圖，咱們就可以對(duì)示波器進(jìn)行操作：2、幅值自動(dòng)選?。赫{(diào)節(jié)示波器窗口始終隨著波形幅值滿屏顯示。取消：取消自動(dòng)調(diào)節(jié)，同步彈出對(duì)話框，設(shè)立最大，最小顯示幅值。3、時(shí)基自動(dòng)選?。赫{(diào)節(jié)示波器窗口始終隨著波形時(shí)間滿屏顯示。取消：取消自動(dòng)調(diào)節(jié)。暫停顯示選?。簳和ｏ@示。取消：取消自動(dòng)調(diào)節(jié)。4、波形同步選?。和斤@示波形（注要：只有波形模式在PlotX，Plot(X1,X2),Plot(X1+X2)三種模式下有效，其他模式不起作用）。取消：取消同步顯示。5、波形模式ChartX——單通道采集時(shí)，持續(xù)左移方式顯示波形；PlotX——單通道采集時(shí)，持續(xù)一屏一屏從左到有刷新顯示波形，此時(shí)波形顯示長(zhǎng)度就是緩存數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；單通道同步顯示必要在此模式下；Chart(X1,X2)——雙通道時(shí)，分別顯示。顯示原理同ChartX；Plot(X1,X2)——雙通道時(shí)，分別顯示。顯示原理同PlotX；Chart(X1＋X2)——雙通道時(shí)，兩波形疊加顯示。顯示原理同ChartX；Plot(X1＋X2)——雙通道時(shí)，兩波形疊加顯示。顯示原理同PlotX；Plot(X1，X2)——雙通道時(shí)，X1數(shù)值為時(shí)間軸，X2為幅值軸。顯示原理同PlotX；6、波形操作XY軸放大——在此操作模式下，可以任意放大鼠標(biāo)選定矩形波形窗口到滿屏。X軸放大——在此操作模式下，可以任意放大鼠標(biāo)選定期間軸區(qū)域波形到滿屏。Y軸放大——在此操作模式下，可以任意放大鼠標(biāo)選定幅值軸區(qū)域波形到滿屏。十字跟蹤——在此操作模式下，示波器會(huì)彈出兩跟蹤線。顧客可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)跟蹤線到指定位置，狀態(tài)欄會(huì)實(shí)時(shí)顯示跟蹤線和波形交叉點(diǎn)坐標(biāo)位置。線型/點(diǎn)型——變化波形形狀。即線型時(shí)連線顯示，點(diǎn)型時(shí)，點(diǎn)式顯示。7、縮放復(fù)位復(fù)位放大縮小后波形到原始狀態(tài)。8、基準(zhǔn)復(fù)位復(fù)位控制區(qū)里水平，基準(zhǔn)按鈕到初始狀態(tài)。9、波形清除清除波形。10、波形復(fù)制波形拷貝到粘貼板。11、建議正弦波頻率與采樣頻率如下設(shè)立：正弦波頻率在0.2Hz到2Hz時(shí)，采樣頻率為1000Hz；正弦波頻率在2Hz到50Hz時(shí)，采樣頻率為5000Hz。第二節(jié)THBDC-1軟件使用闡明1、X-t使用1.1采用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通用實(shí)驗(yàn)單元，組建一種慣性環(huán)節(jié)，如下圖8所示：（圖8）電路中參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，Ro=200K，C=1uF；將Ui端連接到階躍信號(hào)輸出端，Uo端連接到數(shù)據(jù)采集口單元AD1，且階躍信號(hào)輸出幅值為2V；1.2從開(kāi)始菜單處打開(kāi)軟件界面“THBDC-1”（圖9）1.3將窗口長(zhǎng)度指針移向大，點(diǎn)擊開(kāi)始采集按鈕，并按下階躍按鈕，輸出2V階躍信號(hào)，即可記錄如下圖10所示：（圖10）注意：在X-t視圖下，也可以采用雙通道觀測(cè)，詳細(xì)操作環(huán)節(jié)和單通道觀測(cè)實(shí)驗(yàn)波形一致。2、X-Y使用2.1按照下圖所示，連接實(shí)驗(yàn)電路：將r(t)連接到數(shù)據(jù)采集接口AD1和低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器正弦波輸出端，c(t)端連接到數(shù)據(jù)采集接口AD2。2.2打開(kāi)THBDC-1軟件，將AD參數(shù)設(shè)立為：通道選?。和ǖ?1-2)，采樣頻率：50；點(diǎn)擊開(kāi)始采集按鈕，并選取菜單中示波器選項(xiàng)—波形模式—ChartXY；即可得到如下圖所示：2.3打開(kāi)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器開(kāi)關(guān)，輸出正弦波，即可得到X-Y圖：第四章自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)電路模仿一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?.熟悉THBDC-1型信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及上位機(jī)軟件使用；2.熟悉各典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)特性及其電路模仿；3.測(cè)量各典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)曲線，并理解參數(shù)變化對(duì)其動(dòng)態(tài)特性影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THBDC-1型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；2.PC機(jī)一臺(tái)(含上位機(jī)軟件)、數(shù)據(jù)采集卡、37針通信線1根、16芯數(shù)據(jù)排線、采接卡接口線；三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)并組建各典型環(huán)節(jié)模仿電路；2.測(cè)量各典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)，并研究參數(shù)變化對(duì)其輸出響應(yīng)影響；四、實(shí)驗(yàn)原理自控系統(tǒng)是由比例、積分、微分、慣性等環(huán)節(jié)按一定關(guān)系組建而成。熟悉這些典型環(huán)節(jié)構(gòu)造及其對(duì)階躍輸入響應(yīng)，將對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析是十分有益。本實(shí)驗(yàn)中典型環(huán)節(jié)都是以運(yùn)放為核心元件構(gòu)成，其原理框圖如圖1-1所示。圖中Z1和Z2表達(dá)由R、C構(gòu)成復(fù)數(shù)阻抗。1.比例（P）環(huán)節(jié)圖1-1 比例環(huán)節(jié)特點(diǎn)是輸出不失真、不延遲、成比例地復(fù)現(xiàn)輸出信號(hào)變化。它傳遞函數(shù)與方框圖分別為：

當(dāng)Ui(S)輸入端輸入一種單位階躍信號(hào)，且比例系數(shù)為K時(shí)響應(yīng)曲線如圖1-2所示。2.積分（I）環(huán)節(jié)圖1-2積分環(huán)節(jié)輸出量與其輸入量對(duì)時(shí)間積提成正比。它傳遞函數(shù)與方框圖分別為：設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號(hào)，當(dāng)積分系數(shù)為T時(shí)響應(yīng)曲線如圖1-3所示。圖1-33.比例積分(PI)環(huán)節(jié)比例積分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)與方框圖分別為：其中T=R2C，K=R2/R設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號(hào)，圖1-4示出了比例系數(shù)(K)為1、積分系數(shù)為T時(shí)PI輸出響應(yīng)曲線。圖1-44.比例微分(PD)環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)與方框圖分別為：其中設(shè)Ui(S)為一單位階躍信號(hào)，圖1-5示出了比例系數(shù)(K)為2、微分系數(shù)為TD時(shí)PD輸出響應(yīng)曲線。圖1-5.5.慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)與方框圖分別為：當(dāng)Ui(S)輸入端輸入一種單位階躍信號(hào)，且放大系數(shù)(K)為1、時(shí)間常數(shù)為T時(shí)響應(yīng)曲線如圖1-7所示。圖1-7五、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1.比例（P）環(huán)節(jié)依照比例環(huán)節(jié)方框圖，選取實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通用電路單元設(shè)計(jì)并組建相應(yīng)模仿電路，如下圖所示。圖中后一種單元為反相器，其中R0=200K。若比例系數(shù)K=1時(shí)，電路中參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K。若比例系數(shù)K=2時(shí)，電路中參數(shù)?。篟1=100K，R2=200K。當(dāng)ui為一單位階躍信號(hào)時(shí)，用上位軟件觀測(cè)(選取“通道1-2”，其中通道AD1接電路輸出uO；通道AD2接電路輸入ui此外R2還可使用可變電位器，以實(shí)現(xiàn)比例系數(shù)為任意設(shè)定值。注：為了更好觀測(cè)實(shí)驗(yàn)曲線，實(shí)驗(yàn)時(shí)可恰當(dāng)調(diào)節(jié)軟件上分頻系數(shù)(普通調(diào)至刻度2)和選取“”按鈕(時(shí)基自動(dòng))，如下實(shí)驗(yàn)相似。2.積分（I）環(huán)節(jié)依照積分環(huán)節(jié)方框圖，選取實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通用電路單元設(shè)計(jì)并組建相應(yīng)模仿電路，如下圖所示。圖中后一種單元為反相器，其中R0=200K。若積分時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中參數(shù)?。篟=100K，C=10uF(T=RC=100K×10uF=1)；若積分時(shí)間常數(shù)T=0.1S時(shí)，電路中參數(shù)取：R=100K，C=1uF(T=RC=100K×1uF=0.1)；當(dāng)ui為一單位階躍信號(hào)時(shí)，用上位機(jī)軟件觀測(cè)并記錄相應(yīng)T值時(shí)輸出響應(yīng)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。注：當(dāng)實(shí)驗(yàn)電路中有積分環(huán)節(jié)時(shí)，實(shí)驗(yàn)前一定要用鎖零單元進(jìn)行鎖零，實(shí)驗(yàn)時(shí)要退去鎖零。3.比例積分(PI)環(huán)節(jié)依照比例積分環(huán)節(jié)方框圖，選取實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通用電路單元設(shè)計(jì)并組建相應(yīng)模仿電路，如下圖所示。圖中后一種單元為反相器，其中R0=200K。若取比例系數(shù)K=1、積分時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=10uF(K=R2/R1=1,T=R1C=100K×若取比例系數(shù)K=1、積分時(shí)間常數(shù)T=0.1S時(shí)，電路中參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=1uF(K=R2/R1=1,T=R1C=100K×1uF=0.1S通過(guò)變化R2、R1、C值可變化比例積分環(huán)節(jié)放大系數(shù)K和積分時(shí)間常數(shù)T。當(dāng)ui為一單位階躍信號(hào)時(shí)，用上位軟件觀測(cè)并記錄不同K及T值時(shí)實(shí)驗(yàn)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。4.比例微分(PD)環(huán)節(jié)依照比例微分環(huán)節(jié)方框圖，選取實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通用電路單元設(shè)計(jì)并組建其模仿電路，如下圖所示。圖中后一種單元為反相器，其中R0=200K。若比例系數(shù)K=1、微分時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K=R2/R1=1,T=R1C=100K×若比例系數(shù)K=0.5、微分時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中參數(shù)?。篟1=200K，R2=100K，C=10uF(K=R2/R1=0.5,T=R1C=100K×當(dāng)ui為一單位階躍信號(hào)時(shí)，用上位軟件觀測(cè)并記錄不同K及T值時(shí)實(shí)驗(yàn)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。注：本實(shí)驗(yàn)中10uF電容需從實(shí)驗(yàn)臺(tái)左面板“通用單元電路五”中連接。5.慣性環(huán)節(jié)依照慣性環(huán)節(jié)方框圖，選取實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通用電路單元設(shè)計(jì)并組建其相應(yīng)模仿電路，如下圖所示。圖中后一種單元為反相器，其中R0=200K。若比例系數(shù)K=1、時(shí)間常數(shù)T=1S時(shí)，電路中參數(shù)?。篟1=100K，R2=100K，C=10uF(K=R2/R1=1,T=R2C=100K×若比例系數(shù)K=1、時(shí)間常數(shù)T=2S時(shí)，電路中參數(shù)?。篟1=100K，R2=200K，C=10uF(K=R2/R1=2,T=R2C=200K×通過(guò)變化R2、R1、C值可變化慣性環(huán)節(jié)放大系數(shù)K和時(shí)間常數(shù)T。當(dāng)ui為一單位階躍信號(hào)時(shí)，用上位軟件觀測(cè)并記錄不同K及T值時(shí)實(shí)驗(yàn)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。7.依照實(shí)驗(yàn)時(shí)存儲(chǔ)波形及記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完畢實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)定1.畫出各典型環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)電路圖，并注明參數(shù)。2.寫出各典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。3.依照測(cè)得典型環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)變化對(duì)動(dòng)態(tài)特性影響。七、實(shí)驗(yàn)思考題1.用運(yùn)放模仿典型環(huán)節(jié)時(shí)，其傳遞函數(shù)是在什么假設(shè)條件下近似導(dǎo)出？2.積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)重要差別是什么？在什么條件下，慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為積分環(huán)節(jié)？而又在什么條件下，慣性環(huán)節(jié)可以近似地視為比例環(huán)節(jié)？3.在積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)中，如何依照單位階躍響應(yīng)曲線波形，擬定積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)？4.為什么實(shí)驗(yàn)中實(shí)際曲線與理論曲線有一定誤差？5、為什么PD實(shí)驗(yàn)在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)曲線有小范疇振蕩？實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?.通過(guò)實(shí)驗(yàn)理解參數(shù)(阻尼比)、(阻尼自然頻率)變化對(duì)二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能影響；2.掌握二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能測(cè)試辦法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、原理1.二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)用二階常微分方程描述系統(tǒng)，稱為二階系統(tǒng)，其原則形式閉環(huán)傳遞函數(shù)為(2-1)閉環(huán)特性方程：其解，針對(duì)不同值，特性根會(huì)浮現(xiàn)下列三種狀況：1）0<<1（欠阻尼），此時(shí)，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)呈振蕩衰減形式，其曲線如圖2-1(a)所示。它數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，。2）（臨界阻尼）此時(shí)，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)是一條單調(diào)上升指數(shù)曲線，如圖2-1中(b)所示。3）（過(guò)阻尼），此時(shí)系統(tǒng)有二個(gè)相異實(shí)根，它單位階躍響應(yīng)曲線如圖2-1(c)所示。(a)欠阻尼(0<<1)(b)臨界阻尼()(c)過(guò)阻尼()圖2-1二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線雖然當(dāng)=1或>1時(shí)，系統(tǒng)階躍響應(yīng)無(wú)超調(diào)產(chǎn)生，但這種響應(yīng)動(dòng)態(tài)過(guò)程太緩慢，故控制工程上常采用欠阻尼二階系統(tǒng)，普通取=0.6~0.7，此時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程不但迅速，并且超調(diào)量也小。2.二階系統(tǒng)典型構(gòu)造典型二階系統(tǒng)構(gòu)造方框圖和模仿電路圖如2-2、如2-3所示。圖2-2二階系統(tǒng)方框圖圖2-3二階系統(tǒng)模仿電路圖（電路參照單元為：U7、U9、U11、U6）圖2-3中最后一種單元為反相器。由圖2-4可得其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：，其中：，(，)其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：與式2-1相比較，可得，三、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)依照?qǐng)D2-3，選取實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通用電路單元設(shè)計(jì)并組建模仿電路。1.值一定期，圖2-3中取C=1uF，R=100K(此時(shí))，Rx為可調(diào)電阻。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號(hào)，在下列幾種狀況下，用“THBDC-1”軟件觀測(cè)并記錄不同值時(shí)實(shí)驗(yàn)曲線。1.1取RX=200K時(shí)，=0.25，系統(tǒng)處在欠阻尼狀態(tài)，其超調(diào)量為45%左右；1.2取RX=100K時(shí)，=0.5，系統(tǒng)處在欠阻尼狀態(tài)，其超調(diào)量為16.3%左右；1.3取RX=51K時(shí)，=1，系統(tǒng)處在臨界阻尼狀態(tài)；2.值一定期，圖2-3中取R=100K，RX=250K(此時(shí)=0.2)。系統(tǒng)輸入一單位階躍信號(hào)，在下列幾種狀況下，用“THBDC-1”示波器觀測(cè)并記錄不同值時(shí)實(shí)驗(yàn)曲線，注意時(shí)間變化。2.1若取C=10uF時(shí)，，記錄階躍響應(yīng)，并測(cè)響應(yīng)時(shí)間和超調(diào)量。窗口長(zhǎng)度最大。2.2若取C=0.1uF（將U7、U9電路單元改為U10、U13）時(shí)，，記錄階躍響應(yīng)，并測(cè)響應(yīng)時(shí)間和超調(diào)量。30S和0.3S。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)定1.畫出二階系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)電路，并寫出閉環(huán)傳遞函數(shù)，表白電路中各參數(shù)；2.依照測(cè)得系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，分析開(kāi)環(huán)增益K和時(shí)間常數(shù)T對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能影響。五、實(shí)驗(yàn)思考題1.如果階躍輸入信號(hào)幅值過(guò)大，會(huì)在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生什么后果？2.在電路模仿系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋和單位負(fù)反饋？3.為什么本實(shí)驗(yàn)中二階系統(tǒng)對(duì)階躍輸入信號(hào)穩(wěn)態(tài)誤差為零？實(shí)驗(yàn)三閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)浚海?）通過(guò)實(shí)例展示，結(jié)識(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成、功能及自動(dòng)控制原理課程所要解決問(wèn)題。（2）會(huì)正的確現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反饋。（3）通過(guò)開(kāi)、閉環(huán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)闡明閉環(huán)控制效果。二、實(shí)驗(yàn)原理：運(yùn)用各種實(shí)際物理裝置（如電子裝置、機(jī)械裝置、化工裝置等）在數(shù)學(xué)上“相似性”，將各種實(shí)際物理裝置從感興趣角度通過(guò)簡(jiǎn)化、并抽象成相似數(shù)學(xué)形式。咱們?cè)谠O(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，不必研究每一種實(shí)際裝置，而用幾種“等價(jià)”數(shù)學(xué)形式來(lái)表達(dá)、研究和設(shè)計(jì)。又由于人自身自然屬性，人對(duì)數(shù)學(xué)而言，不能直接感受它自然物理屬性，這給咱們分析和設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難。因此，咱們又用代替、模仿、仿真形式把數(shù)學(xué)形式再變成“模仿實(shí)物”來(lái)研究。這樣，就可以“秀才不出門，遍知天下事”。事實(shí)上，在背面課程里，不同專業(yè)學(xué)生將面對(duì)不同實(shí)際物理對(duì)象，而“模仿實(shí)物”實(shí)驗(yàn)方式可以做到舉一反三，咱們就是用下列“模仿實(shí)物”——電路系統(tǒng)，代替各種實(shí)際物理對(duì)象。自動(dòng)控制主線是閉環(huán)，盡管有系統(tǒng)不能直接感受到它閉環(huán)形式，如步進(jìn)電機(jī)控制，專家系統(tǒng)等，從大局看，還是閉環(huán)。閉環(huán)控制可以帶來(lái)想象不到好處，本實(shí)驗(yàn)就是用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)在負(fù)載擾動(dòng)下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，闡明閉環(huán)控制效果。自動(dòng)控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣，其因素之一就是取決調(diào)節(jié)器構(gòu)造和算法設(shè)計(jì)（本課程重要用串聯(lián)調(diào)節(jié)、狀態(tài)反饋），本實(shí)驗(yàn)為了簡(jiǎn)潔，采用單閉環(huán)、比例調(diào)節(jié)器K。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：不同K，對(duì)系性能產(chǎn)生不同影響，以闡明對(duì)的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器算法重要性。為了使實(shí)驗(yàn)有代表性，本實(shí)驗(yàn)采用三階（高階）系統(tǒng)。這樣，當(dāng)調(diào)節(jié)器K值過(guò)大時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生典型現(xiàn)象——振蕩。本實(shí)驗(yàn)也可以以為是一種真實(shí)電壓控制系統(tǒng)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：THBDC-1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)線路圖：五、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：如圖接線，將線路接成開(kāi)環(huán)形式，即比較器端接反饋100KΩ電阻接地。將可變電阻47KΩ（必要接可變電阻上面兩個(gè)插孔）左旋究竟歸零，再右旋1圈。經(jīng)仔細(xì)檢查后上電。打開(kāi)15伏直流電源開(kāi)關(guān)，彈起“不鎖零”紅色按鍵。按下“階躍按鍵”鍵，調(diào)“負(fù)輸出”端電位器RP2，使“交/直流數(shù)字電壓表”電壓為2.00V。如果調(diào)不到，則對(duì)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行逐級(jí)檢查，找出因素。先按表格調(diào)好可變電阻47KΩ圈數(shù)，再調(diào)給定電位器RP2，在保證空載輸出為2.00V前提下，再加上1KΩ擾動(dòng)負(fù)載，2圈、4圈、8圈依次檢測(cè)，填表對(duì)的判斷并實(shí)現(xiàn)反饋?。ㄕn堂提問(wèn)）再閉環(huán)，即反饋端電阻100KΩ接系統(tǒng)輸出。先按表格調(diào)好可變電阻47KΩ圈數(shù)，再調(diào)給定電位器RP2，在保證空載輸出為2.00V前提下，再加上1KΩ擾動(dòng)負(fù)載，2圈、4圈、8圈依次檢測(cè)，填表要注旨在可變電阻為8圈時(shí)數(shù)字體現(xiàn)象。并用理論證明。將比例環(huán)節(jié)換成積分調(diào)節(jié)器：即第二運(yùn)放10KΩ改為100KΩ；47KΩ可變電阻改為10μF電容，調(diào)電位器RP2，保證空載輸出為2.00V時(shí)再加載，測(cè)輸出電壓值。（2.00V）表格：開(kāi)環(huán)空載加1KΩ負(fù)載可調(diào)電阻開(kāi)環(huán)增益1圈（Kp=2.4）2圈（Kp=4.8）4圈（Kp=9.6）8圈（Kp=19.2）輸出電壓2.00V1.001.001.001.02閉環(huán)加1KΩ負(fù)載可調(diào)電阻開(kāi)環(huán)增益1圈（Kp=2.4）2圈（Kp=4.8）4圈（Kp=9.6）8圈（Kp=19.2）輸出電壓2.00V1.541.701.830.10（振蕩）穩(wěn)態(tài)誤差六、報(bào)告規(guī)定：用文字?jǐn)⒄f(shuō)正的確現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反饋辦法。闡明實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)（1）至（6）意義。畫出本實(shí)驗(yàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)各個(gè)構(gòu)成某些，并指出相應(yīng)元件。你以為本實(shí)驗(yàn)最重要器件是哪個(gè)？意義是什么？寫出系統(tǒng)傳遞函數(shù)，用穩(wěn)定判據(jù)闡明可變電阻為8圈時(shí)數(shù)字體現(xiàn)象和因素。比較表格中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，闡明開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制效果。用表格數(shù)據(jù)闡明開(kāi)環(huán)增益與穩(wěn)態(tài)誤差關(guān)系。七、預(yù)習(xí)與回答：在實(shí)際控制系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，如何正的確現(xiàn)負(fù)反饋閉環(huán)？你以為表格中加1KΩ載后，開(kāi)環(huán)電壓值與閉環(huán)電壓值，哪個(gè)更接近2V？學(xué)自動(dòng)控制原理課程，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要設(shè)計(jì)哪一部份？實(shí)驗(yàn)四系統(tǒng)頻率特性測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)浚海?）明確測(cè)量幅頻和相頻特性曲線意義（2）掌握幅頻曲線和相頻特性曲線測(cè)量辦法（3）運(yùn)用幅頻曲線求出系統(tǒng)傳遞函數(shù)二、實(shí)驗(yàn)原理：在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，一方面要建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，而建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前提和難點(diǎn)。建模普通有機(jī)理建模和辨識(shí)建模兩種辦法。機(jī)理建模就是依照系統(tǒng)物理關(guān)系式，推導(dǎo)出系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。辨識(shí)建模重要是人工或計(jì)算機(jī)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。兩種辦法在實(shí)際控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常是互補(bǔ)運(yùn)用。辨識(shí)建模又有各種辦法。本實(shí)驗(yàn)采用開(kāi)環(huán)頻率特性測(cè)試辦法，擬定系統(tǒng)傳遞函數(shù)，俗稱頻域法。尚有時(shí)域法等。精確系統(tǒng)建模是很困難，要用重復(fù)多次，模型還不一定建準(zhǔn)。模型只取重要某些，而不是所有參數(shù)。此外，運(yùn)用系統(tǒng)頻率特性可用來(lái)分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，用Bode圖設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)就是其中一種。幅頻特性就是輸出幅度隨頻率變化與輸入幅度之比，即，測(cè)幅頻特性時(shí)，變化正弦信號(hào)源頻率測(cè)出輸入信號(hào)幅值或峰峰值和輸輸出信號(hào)幅值或峰峰值測(cè)相頻有兩種辦法：（1）雙蹤信號(hào)比較法：將正弦信號(hào)接系統(tǒng)輸入端，同步用雙蹤示波器Y1和Y2測(cè)量系統(tǒng)輸入端和輸出端兩個(gè)正弦波，示波器觸發(fā)對(duì)的話，可看到兩個(gè)不同相位正弦波，測(cè)出波形周期T和相位差Δt，則相位差。這種辦法直觀，容易理解。就模仿示波器而言，這種辦法用于高頻信號(hào)測(cè)量比較適當(dāng)。（2）李沙育圖形法：將系統(tǒng)輸入端正弦信號(hào)接示波器X軸輸入，將系統(tǒng)輸出端正弦信號(hào)接示波器Y軸輸入，兩個(gè)正弦波將合成一種橢圓。通過(guò)橢圓切、割比值；橢圓所在象限；橢圓軌跡旋轉(zhuǎn)方向三個(gè)要素來(lái)決定相位差。就模仿示波器而言，這種辦法用于低頻信號(hào)測(cè)量比較適當(dāng)。若用數(shù)字示波器或虛擬示波器，建議用雙蹤信號(hào)比較法。運(yùn)用幅頻和相頻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以作出系統(tǒng)波Bode圖和Nyquist圖三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：THBDC-1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Y1XorY2100KY1XorY2100K100K200K200K100K100K200K200K0.47μF0.1μF1μF正弦信號(hào)源虛擬示波器AD1AD2-+-+-+-+四、實(shí)驗(yàn)線路圖（上頁(yè)）五、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)（1）如圖接線，用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上U7、U9、U11、U13單元，信號(hào)源輸入接“數(shù)據(jù)采集接口”AD1(蘭色波形)，系統(tǒng)輸出接“數(shù)據(jù)采集接口”AD2(紅色波形)。（2）信號(hào)源選“正弦波”，幅度、頻率依照實(shí)際線路圖自定，要預(yù)習(xí)。（3）點(diǎn)擊屏上THBDC-1示波器圖標(biāo)，直接點(diǎn)擊“擬定”，進(jìn)入虛擬示波器界面，點(diǎn)“示波器（E）”菜單，選中“幅值自動(dòng)”和“時(shí)基自動(dòng)”。在“通道選取”下拉菜單中選“通道（1-2）”，“采樣頻率”調(diào)至“1”。點(diǎn)“開(kāi)始采集”后，虛擬示波器可看到正弦波，再點(diǎn)“停止采集”，波形將被鎖住，運(yùn)用示波器“雙十跟蹤”可精確讀出波形幅度。變化信號(hào)源頻率，分別讀出系統(tǒng)輸入和輸出峰峰值，填入幅頻數(shù)據(jù)表中。f=0.16時(shí)要耐心。（4）測(cè)出雙蹤不同頻率下Δt和T填相頻數(shù)據(jù)表，運(yùn)用公式算出相位差。頻率f(Hz)0.160.320.641.111.592.393.184.786.3711.115.9ω1.02.04.07.010.015.020.030.040.070.0100.02220LgΔtT六、預(yù)習(xí)與回答：實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何擬定正弦信號(hào)幅值？幅度太大會(huì)浮現(xiàn)什么問(wèn)題，幅度過(guò)小又會(huì)浮現(xiàn)什么問(wèn)題？當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)未知時(shí)，如何擬定正弦信號(hào)源頻率？（3）先對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)理建模，求出開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。七、報(bào)告規(guī)定：（1）畫出系統(tǒng)實(shí)際幅度頻率特性曲線、相位頻率特性曲線，并將實(shí)際幅度頻率特性曲線轉(zhuǎn)換成折線式Bode圖，并運(yùn)用拐點(diǎn)在Bode圖上求出系統(tǒng)傳遞函數(shù)。（2）用文字簡(jiǎn)潔論述運(yùn)用頻率特性曲線求取系統(tǒng)傳遞函數(shù)環(huán)節(jié)辦法。（3）運(yùn)用上表作出Nyquist圖。（4）實(shí)驗(yàn)求出系統(tǒng)模型和電路理論值有誤差，為什么？如何減小誤差？(5)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)借助Matlab作圖，求系統(tǒng)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)五Matlab/Simulink仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)浚簩W(xué)習(xí)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型各種表達(dá)辦法，并會(huì)用函數(shù)互相轉(zhuǎn)換。學(xué)習(xí)模型串并聯(lián)及反饋連接后系統(tǒng)傳遞函數(shù)。掌握系統(tǒng)BODE圖，根軌跡圖及奈奎斯特曲線繪制辦法。并運(yùn)用其對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。掌握系統(tǒng)時(shí)域仿真辦法，并運(yùn)用其對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。二、預(yù)習(xí)規(guī)定： 借閱有關(guān)Matlab/Simulink參照書，熟悉能解決題目問(wèn)題有關(guān)Matlab函數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1．已知H（s）=，求H（s）零極點(diǎn)表達(dá)式和狀態(tài)空間表達(dá)式。2．已知，。求兩模型串聯(lián)后系統(tǒng)傳遞函數(shù)。求兩模型并聯(lián)后系統(tǒng)傳遞函數(shù)。求兩模型在負(fù)反饋連接下系統(tǒng)傳遞函數(shù)。作出上題中（1）BODE圖，并求出幅值裕度與相位裕度。給定系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，繪制系統(tǒng)根軌跡圖與奈奎斯特曲線，并求出系統(tǒng)穩(wěn)定期增益K范疇。對(duì)內(nèi)容4中系統(tǒng)，當(dāng)K=10和40時(shí)，分別作出閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，規(guī)定用Simulink實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)六串聯(lián)校正研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)浚菏煜ご?lián)校正作用和構(gòu)造掌握用Bode圖設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)在時(shí)域驗(yàn)證各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)校正效果二、實(shí)驗(yàn)原理：（1）本校正采用串聯(lián)校正方式，即在原被控對(duì)象串接一種校正網(wǎng)絡(luò)，使控制系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)。由于控制系統(tǒng)是運(yùn)用盼望值與實(shí)際輸出值誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，常慣用“串聯(lián)校正”調(diào)節(jié)辦法，串聯(lián)校正在構(gòu)造上是將調(diào)節(jié)器Gc(S)串接在給定與反饋相比誤差之后支路上，見(jiàn)下圖。被控對(duì)象H(S)校正網(wǎng)絡(luò)Gc(S)設(shè)定被控對(duì)象H(S)校正網(wǎng)絡(luò)Gc(S)設(shè)定工程上，校正設(shè)計(jì)不局限這種構(gòu)造形式，有局部反饋、前饋等。若單從穩(wěn)定性考慮，將校正網(wǎng)絡(luò)放置在反饋回路上也很常用。（2）本實(shí)驗(yàn)取三階原系統(tǒng)作為被控對(duì)象，分別加上二個(gè)滯后、一種超前、一種超前-滯后四種串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)，這四個(gè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)均是運(yùn)用Bode圖定性設(shè)計(jì)，用階躍響應(yīng)檢查四種校正效果。由此證明Bode圖和系統(tǒng)性能關(guān)系，從而使同窗會(huì)設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：THBDC-1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)THBDC-1虛擬示波器四、實(shí)驗(yàn)線路：（見(jiàn)后圖）五、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：（1）不接校正網(wǎng)絡(luò)，即Gc(S)=1，如總圖。觀測(cè)并記錄階躍響應(yīng)曲線，用Bode圖解釋；（2）接人參數(shù)不對(duì)的滯后校正網(wǎng)絡(luò)，如圖4-2。觀測(cè)并記錄階躍響應(yīng)曲線，用Bode圖解釋；（3）接人滯后校正網(wǎng)絡(luò)，如圖4-3。觀測(cè)并記錄階躍響應(yīng)曲線，用Bode圖解釋；（4）接人超前校正網(wǎng)絡(luò)，如圖4-4。觀測(cè)并記錄階躍響應(yīng)曲線，用Bode圖解釋；（5）接人混合校正網(wǎng)絡(luò)，如圖4-5，此傳遞函數(shù)就是工程上常用比例-積分-微分校正網(wǎng)絡(luò)，即PID調(diào)節(jié)器。觀測(cè)并記錄階躍響應(yīng)曲線，用Bode圖解釋；六、預(yù)習(xí)與回答：寫出原系統(tǒng)和四種校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)，并畫出它們Bode圖，請(qǐng)預(yù)先得出各種校正后階躍響應(yīng)結(jié)論，從精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)時(shí)間闡明五種校正網(wǎng)絡(luò)大體關(guān)系。若只考慮減少系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間，你以為用超前校正還是用滯后校正好？請(qǐng)用簡(jiǎn)樸代數(shù)表達(dá)式闡明用Bode圖設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)辦法七、報(bào)告規(guī)定：（1）畫出各種網(wǎng)絡(luò)對(duì)原系統(tǒng)校正BODE圖，從BODE圖上先得出校正后時(shí)域特性，看與否與階躍響應(yīng)曲線一致。（2）為了便于比較，作五條階躍曲線坐標(biāo)大小要一致。SHAPESHAPESHAPESHAPE實(shí)驗(yàn)七非線性系統(tǒng)相平面分析法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?.進(jìn)一步熟悉非線性系統(tǒng)電路模仿研究辦法；2.熟悉用相平面法分析非線性系統(tǒng)特性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備同實(shí)驗(yàn)一。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.用相平面法分析繼電型非線性系統(tǒng)階躍響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差；2.用相平面法分析帶速度負(fù)反饋繼電型非線性控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差；3.用相平面法分析飽和型非線性控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差。四、實(shí)驗(yàn)原理非線性系統(tǒng)相平面分析法是狀態(tài)空間分析法在二維空間特殊狀況下應(yīng)用。它是一種不用求解方程，而用圖解法給出x1=e，x2=相平面圖。由相平面圖就能清晰地懂得系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。本實(shí)驗(yàn)重要研究具備繼電型和飽和型非線性特性系統(tǒng)相軌跡及其所描述相應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能。1.未加速度反饋繼電器型非線性閉環(huán)系統(tǒng)圖9-1為繼電器型非線性系統(tǒng)方框圖。圖9-1繼電型非線性系統(tǒng)方框圖由圖9-1得()()式中T為時(shí)間常數(shù)(T=0.5)，K為線性某些開(kāi)環(huán)增益，M為繼電器特性限幅值。由于則有()(9-1)()(9-2)基于，令則式(9-1)改寫為(9-3)同理式(9-2)改寫為(9-4)依照式(9-3)、(9-4)，用等傾線法可畫出該系統(tǒng)相軌跡，如圖9-2所示。不難看出，該系統(tǒng)階躍響應(yīng)為一衰減振蕩曲線，其穩(wěn)態(tài)誤差為零，其中A線段表達(dá)超調(diào)量大小。圖9-2階躍信號(hào)作用下繼電器型非線性系統(tǒng)相軌跡2.帶有速度負(fù)反饋繼電型非線性閉環(huán)控制系統(tǒng)圖9-3為帶速度負(fù)反饋繼電型非線性系統(tǒng)方框圖。圖9-3帶有速度負(fù)反饋繼電型非線性系統(tǒng)方框圖由方框圖得：由于抱負(fù)繼電型非線性分界線為，于是得上式為引入速度負(fù)反饋后相軌跡切換線，由等傾線法作為其相軌跡如圖9-4所示。圖9-4帶有速度負(fù)反饋繼電器型非線性系統(tǒng)相軌跡引入了速度負(fù)反饋，使相軌跡狀態(tài)切換提邁進(jìn)行，從而改進(jìn)了非線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，使超調(diào)量減小。3.飽和型非線性控制系統(tǒng)圖9-5為飽和型非線性系統(tǒng)方框圖。圖9-5飽和型非線性系統(tǒng)方框圖由方框圖得，由于因此基于飽和非線性特點(diǎn)，它把相平面分割成下面三個(gè)區(qū)域：Ⅰ：，Ⅱ：，Ⅲ：，三個(gè)區(qū)域運(yùn)動(dòng)方程分別為(9-5)(9-6)(9-7)下面分析階躍輸入下相軌跡：1)線性區(qū)：，當(dāng)時(shí)，，則式(1)改寫為(9-8)因，，則上式相應(yīng)相軌跡等傾線為(區(qū)域Ⅰ)由式(9-8)可知，該區(qū)域奇點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，且它為穩(wěn)定焦點(diǎn)或穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)。2)飽和區(qū)()()或?qū)懽?)(區(qū)域Ⅱ)()(區(qū)域Ⅲ)其相軌跡分別如圖9-6和9-7所示圖9-6飽和區(qū)域相軌跡圖9-7階躍信號(hào)作用下系統(tǒng)相軌跡五、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1.未加速度反饋繼電器型非線性控制系統(tǒng)依照?qǐng)D9-1所示二階系統(tǒng)方框圖，選取實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通用電路單元設(shè)計(jì)并組建相應(yīng)模仿電路，如圖9-8所示。圖9-8繼電型非線性閉環(huán)系統(tǒng)模仿電路圖當(dāng)輸入端r輸入一種單位階躍信號(hào)時(shí)，在下列幾種狀況下用上位機(jī)虛擬示波器X-Y(虛擬示波器上ChartXY模式，本實(shí)驗(yàn)中其他某些相似)方式觀測(cè)和記錄系統(tǒng)在相平面上相軌跡。1.1當(dāng)47K可調(diào)電位器調(diào)節(jié)至約1.8K(M=1)時(shí)；1.2當(dāng)47K可調(diào)電位器調(diào)節(jié)至約3.6K(M=2)時(shí)；1.3當(dāng)47K可調(diào)電位器調(diào)節(jié)至約5.4K(M=3)時(shí)；注：實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了便于與理論曲線進(jìn)行比較，電路中－和－測(cè)試點(diǎn)可各加一種反相器。2.帶有速度負(fù)反饋繼電器型非線性控制系統(tǒng)依照?qǐng)D9-3所示二階系統(tǒng)方框圖，選取實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通用電路單元設(shè)計(jì)并組建相應(yīng)模仿電路，如圖9-9所示。圖9-9帶有速度負(fù)反饋繼電器型非線性系統(tǒng)模仿電路圖當(dāng)輸入端r輸入一種單位階躍信號(hào)且將47K可調(diào)電位器調(diào)節(jié)至約1.8K(M=1)時(shí)，在下列幾種狀況下用上位機(jī)虛擬示波器X-Y方式觀測(cè)和記錄系統(tǒng)在相平面上相軌跡。2.1R1=500K，R2=100K時(shí)；2.2R1=200K，R2=100K時(shí)；2.3當(dāng)47K可調(diào)電位器調(diào)節(jié)至約3.6K(M=2)時(shí)，重復(fù)環(huán)節(jié)1.1、1.2；注：實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了便于與理論曲線進(jìn)行比較，電路中－測(cè)試點(diǎn)加一種反相器。3.飽和型非線性控制系統(tǒng)依照?qǐng)D9-5二階系統(tǒng)方框圖，選取實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通用電路單元設(shè)計(jì)并組建模仿電路，如圖9-10所示。圖9-10飽和型非線性系統(tǒng)模仿電路當(dāng)系統(tǒng)輸入為一種單位階躍信號(hào)時(shí)，用上位機(jī)虛擬示波器X-Y方式觀測(cè)和記錄系統(tǒng)在相平面上相軌跡。將前一級(jí)運(yùn)放中電位器值調(diào)至10K(此時(shí)k=1)，然后在下列幾種狀況下用示波器X-Y顯示方式(ui端接至示波器第一通道，uo端接至示波器第二通道)測(cè)量靜態(tài)特性M和k值大小并記錄。3.1當(dāng)后一級(jí)運(yùn)放中電位器值調(diào)至約1.8K(M=1)時(shí)；3.2當(dāng)后一級(jí)運(yùn)放中電位器值調(diào)至約3.6K(M=2)時(shí)；3.3當(dāng)后一級(jí)運(yùn)放中電位器值調(diào)至約5.4K(M=3)時(shí)；3.4將圖9-10中積分環(huán)節(jié)電容改為1uF，再重復(fù)環(huán)節(jié)3.1、3.2、3.3。注：實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了便于與理論曲線進(jìn)行比較，電路中－和－測(cè)試點(diǎn)可各加一種反相器。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)定1、作出由實(shí)驗(yàn)求得繼電型非線性控制系統(tǒng)在階躍信號(hào)作用下相軌跡，據(jù)此求出超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差ess。2、作出由實(shí)驗(yàn)求得具備速度負(fù)反饋繼電型非線性控制系統(tǒng)在階躍作用下相軌跡，并求出系統(tǒng)超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差ess。3、作出由實(shí)驗(yàn)求得飽和非線性控制系統(tǒng)在階躍作用下相軌跡，并求出超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差ess。七、實(shí)驗(yàn)思考題1、為什么引入速度負(fù)反饋后，繼電型非線性系統(tǒng)階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)性能會(huì)變好？2、對(duì)飽和非線性系統(tǒng)，如果區(qū)域Ⅰ內(nèi)線性方程有兩個(gè)相異負(fù)實(shí)根，則系統(tǒng)相軌跡會(huì)如何變化？實(shí)驗(yàn)八采樣控制系統(tǒng)分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?.熟悉并掌握Simulink使用；2.通過(guò)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解香農(nóng)定理和零階保持器ZOH原理及其實(shí)現(xiàn)辦法；3.研究開(kāi)環(huán)增益K和采樣周期T變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能影響；二、實(shí)驗(yàn)原理1.采樣定理圖2-1為信號(hào)采樣與恢復(fù)方框圖，圖中X(t)是t持續(xù)信號(hào)，經(jīng)采樣開(kāi)關(guān)采樣后，變?yōu)殡x散信號(hào)。圖2-1持續(xù)信號(hào)采樣與恢復(fù)香農(nóng)采樣定理證明要使被采樣后離散信號(hào)X*(t)能不失真地恢復(fù)原有持續(xù)信號(hào)X(t)，其充分條件為：式中為采樣角頻率，為持續(xù)信號(hào)最高角頻率。由于，因而式可為T為采樣周期。2.采樣控制系統(tǒng)性能研究圖2-2為二階采樣控制系統(tǒng)方塊圖。圖2-2采樣控制系統(tǒng)穩(wěn)定充要條件是其特性方程根均位于Z平面上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心單位圓內(nèi)，且這種系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能均只與采樣周期T關(guān)于。由圖2-2所示系統(tǒng)開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：依照上式，依照朱利判據(jù)可鑒別該采樣控制系統(tǒng)否穩(wěn)定，并可用迭代法求出該系統(tǒng)階躍輸出響應(yīng)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：裝有Matlab軟件PC機(jī)一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.使用Simulink仿真采樣控制系統(tǒng)2.分別變化系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益K和采樣周期TS，研究它們對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)態(tài)精度影響。五、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)5-1.驗(yàn)證香農(nóng)采樣定理運(yùn)用Simulink搭建如下對(duì)象，如圖2-3。 圖2-3設(shè)定正弦波輸入角頻率w=5，選取采樣時(shí)間T分別為0.01s、0.1s和1s，觀測(cè)輸入輸出波形，并結(jié)合香農(nóng)定理闡明因素，感興趣同窗可以自選正弦波頻率和采樣時(shí)間T值.。5-2.采樣系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性運(yùn)用Simulink搭建如下二階系統(tǒng)對(duì)象，如圖2-4。當(dāng)系統(tǒng)增益K=10，采樣周期T分別取為0.003s，0.03s，0.3s進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。更改增益K值，令K=20，重復(fù)實(shí)驗(yàn)一次。感興趣同窗可以自己設(shè)定采樣時(shí)間以及增益K值，規(guī)定可以闡明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性即可。系統(tǒng)對(duì)象simulink仿真圖：圖2-4六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)定及思考題1.畫出采樣-保持器在各種采樣頻率下波形，并分析闡明。2．持續(xù)二階線性定常系統(tǒng)，無(wú)論開(kāi)環(huán)增益K多大，閉環(huán)系統(tǒng)均是穩(wěn)定，而為什么離散后二階系統(tǒng)在K大到某一值會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定？3．用朱利判據(jù)求出本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定條件。1）當(dāng)增益K不變時(shí)，采樣周期T范疇。2）當(dāng)采樣周期T不變時(shí)，增益K范疇。實(shí)驗(yàn)九控制系統(tǒng)極點(diǎn)任意配備一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?.掌握用狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)辦法實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)極點(diǎn)任意配備；2.用電路模仿辦法，研究參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性二、實(shí)驗(yàn)原理內(nèi)容用全狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)二階系統(tǒng)極點(diǎn)任意配備，并用電路模仿辦法予予以實(shí)現(xiàn)；理論證明，通過(guò)狀態(tài)反饋系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)性能一定會(huì)優(yōu)于只有輸出反饋系統(tǒng)。設(shè)系統(tǒng)受控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程為圖6-1為其狀態(tài)變量圖。圖6-1狀態(tài)變量圖令，其中，為系統(tǒng)給定量，為系統(tǒng)狀態(tài)變量，為控制量。則引入狀態(tài)反饋后系統(tǒng)狀態(tài)方程變?yōu)橄鄳?yīng)特性多項(xiàng)式為，調(diào)節(jié)狀態(tài)反饋陣元素，就能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)任意配備。圖6-2為引入狀態(tài)反饋后系統(tǒng)方框圖。圖6-2引入狀態(tài)變量后系統(tǒng)方框圖實(shí)驗(yàn)時(shí)，二階系統(tǒng)方框圖如6-3所示。圖6-3二階系統(tǒng)方框圖引入狀態(tài)反饋后系統(tǒng)方框圖如圖6-4所示。依照狀態(tài)反饋后性能指標(biāo)：，，試擬定狀態(tài)反饋系數(shù)K1和K2圖6-4引入狀態(tài)反饋后二階系統(tǒng)方框圖三、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1．引入輸出單位反饋依照?qǐng)D6-3二階系統(tǒng)方框圖，設(shè)計(jì)并組建該系統(tǒng)相應(yīng)模仿電路，如圖6-9所示。圖6-9引入狀態(tài)反饋前二階系統(tǒng)模仿電路圖在系統(tǒng)輸入端加單位階