自控實驗報告

1、<p>　　實驗一 典型系統(tǒng)的時域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析</p><p><b>　　一、實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　?。?）研究二階系統(tǒng)的特征參量對過渡過程的影響；</p><p>　　（2）研究二階對象的三種阻尼比下的響應(yīng)曲線及系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析；</p><p>　?。?）熟悉Routh判據(jù)，用Rout

2、h判據(jù)對三階系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析。</p><p><b>　　二、實驗設(shè)備</b></p><p>　　PC機一臺，TD-ACC+教學(xué)實驗系統(tǒng)一套</p><p><b>　　三、實驗原理及內(nèi)容</b></p><p>　　1.典型的二階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析</p><p>　　（

3、1）結(jié)構(gòu)框圖：如圖1.2-1所示</p><p>　　（2）對應(yīng)的模擬電路圖</p><p><b>　?。?）理論分析</b></p><p>　　系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為；開環(huán)增益。</p><p><b>　　（4）實驗內(nèi)容</b></p><p>　　先算出臨界阻尼、欠阻尼

4、、過阻尼時電阻R的理論值，再將理論值應(yīng)用與模擬電路中，觀察二階系統(tǒng)的動態(tài)性能及穩(wěn)定性，應(yīng)與理論分析基本吻合。在此實驗中</p><p><b>　　系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為</b></p><p>　　其中自然振蕩角頻率；阻尼比：。</p><p>　　2.典型的三階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析</p><p><b>　?。?）

5、結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　?。?）模擬電路圖：如圖1.2-2所示。</p><p><b>　?。?）理論分析</b></p><p>　　系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（其中），</p><p><b>　　系統(tǒng)的特征方程為。</b></p><p><b

6、>　　（4）實驗內(nèi)容</b></p><p>　　實驗前由Routh判斷得Routh行列式為</p><p>　　1 20</p><p>　　12 </p><p><b>　　0</b></p><p>&l

7、t;b>　　0</b></p><p>　　為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，第一列各值應(yīng)為正數(shù)，所以有</p><p>　　得0<K<12 → R>41.7KΩ 系統(tǒng)穩(wěn)定</p><p>　　K=12 → R=41.7KΩ 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定</p><p>　　K>12 → R<41

8、.7KΩ 系統(tǒng)不穩(wěn)定</p><p><b>　　四、實驗步驟</b></p><p>　　1.將信號源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個運放單元均設(shè)置了鎖零場效應(yīng)管，所以運放具有鎖零功能。將開關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“OUT”端輸出的方波幅值為1V，周期為10s左右</p><p>

9、　　2.典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標的測試</p><p>　?。?）按模擬電路圖1.2-2接線，將1中的方波信號戒指輸入端，取R=10K。</p><p>　?。?）用示波器觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線C(t)，測量并記錄超調(diào)Mp、峰值時間Tp和調(diào)節(jié)時間Ts。</p><p><b>　　R=10K：</b></p><p>　?。?

10、）分別按R=60K;160K;200K;改變系統(tǒng)開環(huán)增益，觀察響應(yīng)曲線C(t)，測量并記錄性能指標Mp、Tp和Ts，及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并將測量值和計算值進行比較（實驗前必須按公式計算出）。將實驗結(jié)果填入表1.2-1中，表1.2-2中已填入了一組參考測量值，供參照。</p><p><b>　　R=50K：</b></p><p><b>　　R=160K：&l

11、t;/b></p><p><b>　　R=200K：</b></p><p><b>　　表1.2-1</b></p><p>　　3.典型三階系統(tǒng)的性能</p><p>　?。?）按圖1.2-4接線，將1中的方波信號接至輸入端，取R=30K。</p><p>　?。?/p>

12、2）觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，并記錄波形</p><p><b>　　R=30K：</b></p><p>　　（3）減小開環(huán)增益（R=41.7K;100K），觀察響應(yīng)曲線，并將實驗結(jié)果填入表1.2-3中。表1.2-4中已填入了一組參考測量值，供參照。（略）</p><p><b>　　R=41.7K：</b></p>

13、;<p><b>　　R=100K:</b></p><p><b>　　表1.2-3</b></p><p>　　五、實驗現(xiàn)象分析與討論</p><p>　　1.典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標實驗參考測試值見表1.2-2。</p><p><b>　　表1.2-2</b&g

14、t;</p><p><b>　　其中、、、</b></p><p>　　2、典型三階系統(tǒng)在不同開環(huán)增益下的響應(yīng)情況實驗參考測試值見表1.2-4。</p><p><b>　　表1.2-4</b></p><p>　　3、注意：在做實驗前一定要進行對象整定，否則將會導(dǎo)致理論值和實際測量值相差較大。&

15、lt;/p><p>　　4、由于實驗箱上各元件不一定完全精確、測量誤差等因素的存在導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)與理想實驗結(jié)果有一定差距屬正?，F(xiàn)象，并非實驗失敗。</p><p>　　實驗二 線性系統(tǒng)的根軌跡分析</p><p><b>　　一、實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　?。?）根據(jù)對象的開環(huán)傳函，作出根軌跡圖</p>

16、<p>　?。?）掌握用根軌跡法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性</p><p>　　（3）通過實際實驗，來驗證根軌跡方法</p><p><b>　　二、實驗設(shè)備</b></p><p>　　PC機一臺，TD-ACC+教學(xué)實驗系統(tǒng)一套</p><p><b>　　三、實驗原理及內(nèi)容</b></

17、p><p>　　1.實驗對象的結(jié)構(gòu)框圖：如圖2.1-1所示</p><p>　　2.模擬電路構(gòu)成：如圖2.1-2所示</p><p>　　系統(tǒng)的開環(huán)增益為K=500KΩ/R，開環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　3.繪制根軌跡</b></p><p>　?。?）由開環(huán)傳遞函數(shù)分母多項式中最高階次

18、n=3，故根軌跡分支數(shù)為3。開環(huán)有三個極點：</p><p>　?。?）實軸上的根軌跡</p><p>　　①起始于0、-1、-2，其中-2終止于無窮遠處</p><p>　　②起始于0和-1的兩條根軌跡在實軸上相遇后分離，分離點為</p><p>　　顯然不在根軌跡上，所以為系統(tǒng)的分離點。將帶入特征方程</p><p&g

19、t;　?。?）根軌跡與虛軸的交點</p><p>　　將S=jW代入特征方程可得：</p><p>　　根據(jù)以上計算，將這些數(shù)值標注在S平面上，并連成光滑的粗實線，如下圖所示。圖上的粗實線就稱為該系統(tǒng)的根軌跡。其箭頭表示隨著K值的增加，根軌跡的變化趨勢，而標注的數(shù)值則代表與特征根位置相應(yīng)的開環(huán)增益K的數(shù)值。</p><p>　　4.根據(jù)根軌跡圖分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性<

20、;/p><p>　　根據(jù)圖所示的根軌跡圖，當開環(huán)增益K由零變化到無窮大時，可以獲得系統(tǒng)的下述性能：R=500/K。</p><p>　　（1）當K=3，即R=166KΩ時，閉環(huán)極點有一對在虛軸上的根，系統(tǒng)等幅振蕩，臨界穩(wěn)定。</p><p>　　（2）當K>3，即R<166KΩ時，兩條根軌跡進入S右半平面，系統(tǒng)不穩(wěn)定。</p><p>

21、;　　（3）當0<K<3，即R>166KΩ時，兩條根軌跡進入S左半平面，系統(tǒng)穩(wěn)定。</p><p>　　上述分析表明，根軌跡與系統(tǒng)性能之間有密切的聯(lián)系。利用根軌跡不僅能夠分析閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)性能以及參數(shù)變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響，而且還可以根據(jù)對系統(tǒng)暫態(tài)特性的要求確定可變參數(shù)和調(diào)整開環(huán)零、極點位置以及改變它們的個數(shù)。這就是說，根軌跡法可以用來解決線性系統(tǒng)的分析和綜合問題。由于他們是一種圖解求根的方法

22、，比較直觀，避免了求解高階系統(tǒng)特征根的麻煩，所以，根軌跡在工程實踐中獲得了廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　四、實驗步驟</b></p><p>　　1.繪制根軌跡圖：實驗前根據(jù)對象傳函畫出對象的根軌跡圖，對其穩(wěn)定性及暫態(tài)性能做出理論上的判斷。并確定各種狀態(tài)下系統(tǒng)開環(huán)增益K的取值及相應(yīng)的電阻值R。</p><p>　　2. 將信號源單元

23、的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個運放單元均設(shè)置了鎖零場效應(yīng)管，所以運放具有鎖零功能。將開關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“OUT”端輸出的方波幅值為1v，周期為10左右。</p><p>　　注意：實驗過程中，由于“ST”端和“S”端短接，運放具有鎖零功能。而該對象的響應(yīng)時間較長，看不全整個響應(yīng)過程，此時只需在響應(yīng)過程中將信號源中的“ST”端和“S”端之間的短路塊拔掉即可。

24、</p><p>　　3.按模擬電路圖接線，并且要求對系統(tǒng)每個環(huán)節(jié)進行整定；將2中的方波信號加至輸入端。</p><p>　　4.改變對象的開環(huán)增益，即改變電阻R的值，用示波器的“CH1”和“CH2”表筆分別測量輸入端和輸出端，觀察對象的時域響應(yīng)曲線，應(yīng)該和理論分析吻合。</p><p>　　發(fā)散（小于166K）：</p><p>　　臨界穩(wěn)

25、定（R=166KΩ）：</p><p>　　收斂（大于166K）：</p><p><b>　　五、實驗思考與討論</b></p><p>　　1、如何通過改造根軌跡來改善系統(tǒng)的品質(zhì)？</p><p>　　答：可通過增加開環(huán)的零、極點來改造根軌跡, 來改善系統(tǒng)的品質(zhì)</p><p><b&g

26、t;　　2、實驗注意事項：</b></p><p>　　（1）實驗過程中，由于“ST”端和“S”端短接，運放具有鎖零功能。而該對象的響應(yīng)時間較長，看不全整個響應(yīng)過程，此時只需在響應(yīng)過程中將信號源中的“ST”端和“S”端之間的短路塊拔掉即可。</p><p>　?。?）此次實驗中對象須嚴格整定，否則可能會導(dǎo)致和理論值相差較大。</p><p>　　實驗三

27、 線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析</p><p><b>　　一、實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　?。?）掌握波特圖的繪制方法及由波特圖來確定系統(tǒng)的開環(huán)傳函</p><p>　?。?）掌握試驗方法測量系統(tǒng)的波特圖</p><p><b>　　二、實驗設(shè)備</b></p><p>

28、　　PC機一臺，TD-ACC（或TD-ACS）教學(xué)實驗系統(tǒng)一套</p><p><b>　　三、實驗原理及內(nèi)容</b></p><p><b>　　（一）實驗原理</b></p><p><b>　　1.頻率特性</b></p><p>　　當輸入正弦信號時，線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)相應(yīng)

29、具有隨頻率（ 由0變至）而變化的特性。頻率響應(yīng)法的基本思想是：盡管控制系統(tǒng)的輸入信號不是正弦函數(shù)，而是其他形式的周期函數(shù)或非周期函數(shù)，但是，實際上的周期信號，都能滿足狄利克萊條件，可以用富式級數(shù)展開為各種諧波分量，而非周期信號也可以使用富式積分表示為連續(xù)的頻譜函數(shù)。因此，根據(jù)控制系統(tǒng)對正弦輸入信號的響應(yīng)，可推算出系統(tǒng)在任意周期信號或非周期信號作用下的運動情況。</p><p>　　2.線性系統(tǒng)的頻率特性</

30、p><p>　　系統(tǒng)的正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)具有和正弦輸入信號的幅值比和相位差隨角頻率（w由0變到∞）變化的特性。而幅值比和相位差恰好是函數(shù)中的模和福角。所以只要把系統(tǒng)的傳遞函數(shù)中令，s=jw，即可得到。我們把稱為系統(tǒng)的頻率特性或頻率傳遞函數(shù)。當w由0到∞變化時，隨頻率w的變化特性成為幅頻特性，隨頻率w的變化特性稱為相頻特性。幅頻特性和相頻特性結(jié)合在一起時稱為頻率特性。</p><p>　　3.頻率特性

31、的表達式</p><p>　?。?）對數(shù)頻率特性：又稱波特圖，它包括對數(shù)幅頻和對數(shù)相頻兩條曲線，是頻率響應(yīng)法中廣泛使用的一組曲線。這兩組曲線連同它們的坐標組成了對數(shù)坐標圖。</p><p>　　對數(shù)頻率特性圖的優(yōu)點：</p><p>　?、偎迅鞔?lián)環(huán)節(jié)幅值的乘除化為加減運算，簡化了開環(huán)頻率特性的計算與作圖。</p><p>　　②利用漸近直

32、線來繪制近似的對數(shù)幅頻特性曲線，而且對數(shù)相頻特性曲線具有奇對稱于轉(zhuǎn)折頻率點的性質(zhì)，這些可使作圖大為簡化。</p><p>　?、弁ㄟ^對數(shù)的表達式，可以在一張圖上既能繪制出頻率特性的中高頻率特性，又能清晰地畫出其低頻特性</p><p>　　（2）極坐標圖（或稱為奈奎斯特圖）</p><p>　?。?）對數(shù)幅相圖（或稱為尼科爾斯圖）</p><p&

33、gt;　　本次實驗中，采用對數(shù)頻率特性圖來進行頻域響應(yīng)的分析研究。試驗中提供了兩種實驗測試方法：直接測量和間接測量。</p><p><b>　　直接頻率特性的測量</b></p><p>　　用來直接測量對象的輸出憤率特性，適用于：時域啊應(yīng)曲線收斂的對象（如慣性環(huán)節(jié)）該方法在時域1曲線窗口將信號源和被測系統(tǒng)的響應(yīng)曲線顯示出來，直接測量對象輸出與信號源的相位差及幅值衰

34、減情況，就可得到對象的頻率特性。</p><p><b>　　間接頻率特性的測量</b></p><p>　　用來測量閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)特性，因為有些線性系統(tǒng)的開環(huán)時域響應(yīng)曲線發(fā)散，幅值不易測量，可將其構(gòu)成閉環(huán)負反饋穩(wěn)定系統(tǒng)后，通過測量信號源、反饋信號誤差信號的關(guān)系，從而推導(dǎo)出對象的開環(huán)頻率特性。</p><p>　　4. 舉例說明間接和直接頻率特

35、性測量方法的使用</p><p>　　（1）間接頻率特性測量方法</p><p>　?、賹ο鬄榉e分環(huán)節(jié)：1/0.1S</p><p>　　由于積分環(huán)節(jié)的開環(huán)時域響應(yīng)曲線不收斂，穩(wěn)態(tài)幅值無法測出，我們采用間接測量的方式，將其構(gòu)成閉環(huán)，根據(jù)閉環(huán)時的反饋及誤差的相互關(guān)系得出積分環(huán)節(jié)的頻率特性。</p><p>　?、诜e分環(huán)節(jié)構(gòu)成單位負反饋模擬電路如

36、圖3.1-1所示。</p><p><b>　?、劾碚撘罁?jù)</b></p><p><b>　　開環(huán)特性為：</b></p><p>　　采用對數(shù)幅頻特性和相頻特性表示，則上式表示為：</p><p>　　其中G(jw)為積分環(huán)節(jié)，所以要將反饋信號誤差信號的幅值及相位按上式計算出來即可得積分環(huán)節(jié)的波

37、特圖。</p><p>　?、軠y量方式：實驗中采用間接方式，只須將兩路表筆CH1和CH2來測量圖中反饋測量點和誤差測量點，通過移動游標，確定兩路信號和輸入信號之間的相位和幅值關(guān)系，即可間接得出積分環(huán)節(jié)的波特圖。</p><p>　?。?）直接頻率特性測量方法</p><p>　　只要環(huán)節(jié)的時域響應(yīng)曲線收斂就不用構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)而采用直接測量法直接測量輸入、輸出信號的幅值

38、和相位關(guān)系，就可得出環(huán)節(jié)的頻率特性</p><p>　　1、實驗對象：選擇一階慣性其傳遞函數(shù)</p><p><b>　　2、結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　3、模擬電路圖</b></p><p>　　4、測量方式：實驗中選擇直接測量方式，用CH1路表筆測輸出測量端，通過移動游標，測得

39、輸出信號與輸入信號源的幅值和相位關(guān)系，直接得出一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性。</p><p><b>　?。ǘ嶒瀮?nèi)容</b></p><p>　　本次實驗利用教學(xué)實驗系統(tǒng)提供的頻率特性測試虛擬儀器進行測試，畫出對象波特圖和極坐標圖。</p><p>　　1.實驗對象的結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　2.模擬

40、電路圖</b></p><p><b>　　開環(huán)傳函為：，</b></p><p><b>　　閉環(huán)傳函：</b></p><p>　　得轉(zhuǎn)折頻率w=10rad/s,阻尼比ξ=0.5</p><p><b>　　四、實驗步驟與結(jié)果</b></p>&l

41、t;p>　　此次實驗采用直接測量方法測量對象的閉環(huán)頻率特性及間接測量方法測量對象的頻率特性。</p><p><b>　　1.實驗接線</b></p><p>　　TD—ACC+的接線：將信號源單元的“ST”插針分別與“S”插針和“+5V”插針斷開，運放的鎖零控制端“ST＂此時接至示波器單元的“SL” 插針處，鎖零端受"SL"來控制。將示波器

42、單元的“SIN”接至信號輸入端。</p><p>　　TD-ACS 的接線：將信號源單元的“ST”插針分別與“S”插針和“＋5”插針斷開，運放的鎖零控制端“ST”此時接至控制計算機單元的“DOUT0”插針處，鎖零端受“DOUT0”來控制，將數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“/CS”接至控制計算機的“/IOY1”，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“OUT1”，接至圖的信號輸入端.</p><p>　　2.直接測量方法（測對象的

43、閉環(huán)頻率特性）</p><p>　　“CH1＂路表筆插至圖315中的4＃運放的輸出端。</p><p>　　（2）打開集成軟件中的頻率特性測量界面，彈出時域窗口，點擊按鈕，在彈出的窗口中根據(jù)需要設(shè)置好幾組正弦波信號的角頻率和幅值，選擇測量方式為“直接測量，每組參數(shù)應(yīng)選擇合適的波形比例系數(shù)，具體如下圖所示</p><p>　?。?）確認設(shè)置的各項參數(shù)后點擊按鈕，發(fā)送―

44、組參數(shù)，待測試完畢，顯示時域波形，此時需要用戶自行移動游標，將兩路游標同時放置在兩路信號的相鄰的波峰（波谷）處，像在47來確定兩路信號的相彬，兩路信號的幅值系統(tǒng)將自動動讀出，重復(fù)操作，直到所有參數(shù)測量完畢。</p><p>　?。?）待所有參數(shù)測量完畢后點擊B按鈕，彈出波特圖窗口，觀察所測得的波特圖，該圖由若千點構(gòu)成幅頻和相頻上同一角頻率下兩個點對應(yīng)―組參數(shù)下的測量結(jié)果。</p><p>

45、　　點擊極坐標圖按鈕G，可以得到對象的閉環(huán)極坐標如下：</p><p>　?。?）根據(jù)所測圖形可適當修改正弦波信號的角頻率和幅值重新測量，達到滿意的效果。</p><p>　　3.間接測量方法：（測對象的開環(huán)頻率特性）</p><p>　　將示波器的“CH1”接至3＃運放的輸出端“CH2”接至1＃運放的輸出端，按直接測量的參數(shù)將參數(shù)設(shè)置好.將測量方式改為“間接”測量

46、，此時相位差是反饋信號和環(huán)波特圖如下：誤差信號的相位差，應(yīng)將兩根游標放在反饋和誤差信號上，測得對象的開環(huán)波特圖如下：</p><p>　　測得對象的開環(huán)極坐標圖如下：</p><p><b>　　4.實驗注意事項：</b></p><p>　?。?）測量過程中要去除運放本身的反相的作用，即保持兩路測量點的相位關(guān)系與運放無關(guān)，所以在測量過程中可能

47、要適當加入反相器，濾除由運放所導(dǎo)致的相位問題</p><p>　　（2）測量過程中，可能會由于所測信號幅值衰減太大，信號很難讀出，須放大，若放大的比例系數(shù)不合適，會導(dǎo)致測量誤差較大，所以要適當?shù)卣{(diào)整誤差或反饋比例系數(shù)</p><p>　　實驗四 線性系統(tǒng)的校正</p><p><b>　　一、實驗?zāi)康?lt;/b></p><p

48、>　?。?）掌握系統(tǒng)矯正的方法，重點了解串聯(lián)校正；</p><p>　　（2）根據(jù)期望的時域性能指標推導(dǎo)出二階系統(tǒng)的串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。</p><p><b>　　二、實驗設(shè)備</b></p><p>　　PC機一臺，TD-ACC+教學(xué)實驗系統(tǒng)一套</p><p><b>　　三、實驗原理及內(nèi)容&l

49、t;/b></p><p>　　所謂校正就是指在系統(tǒng)中加入一些機構(gòu)或裝置（其參數(shù)可以根據(jù)需要而調(diào)整），是系統(tǒng)特性發(fā)生變化，從而滿足系統(tǒng)的各項性能指標。按校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式，可分為：串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合控制校正三種。串聯(lián)校正是在主反饋回路之內(nèi)采用的校正方式，串聯(lián)校正裝置串聯(lián)在前向通路上，一般接在誤差監(jiān)測點之后和放大器之前。本次實驗主要介紹串聯(lián)校正方法。</p><p>　　

50、1.原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖及性能指標</p><p><b>　　對應(yīng)的模擬電路圖</b></p><p>　　由圖可知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)：，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)：</p><p>　　系統(tǒng)的特征參量Wn=6.32,ξ=0.158</p><p>　　系統(tǒng)的性能指標Mp=60％，Ts=4s，靜態(tài)誤差系數(shù)Kv=20（1/s）</

51、p><p>　　2.期望校正后系統(tǒng)的性能指標</p><p>　　要求采用串聯(lián)校正的方法，是系統(tǒng)滿足下述性能指標：</p><p>　　Mp<=25％,Ts<=1s，靜態(tài)誤差系數(shù)Kv>20(1/s)</p><p>　　3.串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的理論推導(dǎo)</p><p>　　由公式得ξ>=0.4,Wn>

52、;=10，校正后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，由期望值得：，則K≥20。校正后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　?。?；</b></p><p>　　取ξ=0.5，則T=0.05s,Wn=20，滿足Wn≥10，得校正后開環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>　　因為原系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，且采用串聯(lián)校正，所以串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為，加校正環(huán)節(jié)后的系

53、統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖為</p><p>　　對應(yīng)的模擬電路圖：見圖1.3-4</p><p><b>　　四、實驗步驟</b></p><p>　　1.將信號源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個運放單元均設(shè)置了鎖零場效應(yīng)管，所以運放具有鎖零功能。將開關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“OUT”端輸出的方波幅值為1V

54、，周期為10s左右</p><p>　　2.測量系統(tǒng)的性能指標</p><p>　?。?）按圖1.3-2接線。將1中的方波信號加至輸出端。</p><p>　　（2）用示波器的“CH1”和“CH2”表筆測量輸入端和輸出端。計算響應(yīng)曲線的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。</p><p>　　Mp（%）=60%、ts（s）=4s</p><

55、p>　　3.測量校正系統(tǒng)的性能指標</p><p>　?。?）按圖1.3-4解線。將1中的方波信號加至輸入端</p><p>　　（2）用示波器的“CH1”和“CH2”表筆測量輸入端和輸出端。計算響應(yīng)曲線的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，是否達到期望值，若未達到，請仔細檢查接線（包括阻容值）。</p><p>　　Mp（%）=19.5%、ts（s）=0.46s</p&

56、gt;<p><b>　　五、實驗現(xiàn)象分析</b></p><p>　　下面列出未校正和校正后系統(tǒng)的動態(tài)性能指標。(供參考)</p><p>　　實驗五 模擬PID閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)</p><p><b>　　實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　　（1）了解模擬PID閉環(huán)

57、控制系統(tǒng)的各種部分構(gòu)成。</p><p>　?。?）掌握模擬PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計和參數(shù)調(diào)整方法。</p><p><b>　　二、實驗設(shè)備</b></p><p>　　PC機一臺，TD-ACC（或TD-ACS）教學(xué)實驗系統(tǒng)一套</p><p><b>　　三、實驗原理及內(nèi)容</b></p>

58、<p>　　1.模擬PID控制閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　本實驗采用模擬PID調(diào)節(jié)器，PWM發(fā)生環(huán)節(jié)、驅(qū)動電路、測溫元件、轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成閉環(huán)溫控系統(tǒng)。首先由給定電壓與反饋值相減形成偏差，對偏差再進行PID調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)PWM發(fā)生器轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制的脈沖輸出，經(jīng)驅(qū)動加至電熱箱的控制端，控制電熱箱的加熱功率；而另一方面，電熱箱中的測溫元件熱敏電阻將溫度變化轉(zhuǎn)變成電阻值的變化，再由

59、分壓電路將電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號形成反饋值。這里給定電壓和溫度之間是有一一對應(yīng)關(guān)系的，PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)整的目標是使電熱箱的溫度以最快的速度、最小的超</p><p>　　調(diào)達到給定電壓所對應(yīng)的溫度。</p><p>　　2.控制系統(tǒng)模擬電路圖</p><p><b>　　四、實驗步驟</b></p><p><

60、b>　　1.實驗接線</b></p><p>　?。?）將信號源單元的“ST”端插針與“＋5v”端插針用“短路塊”短接。</p><p>　?。?）按圖接線，參照表中的溫度和電壓關(guān)系選好給定的電壓，仔細檢查接線確定無誤后開啟設(shè)備電源，注意電熱箱上的固態(tài)繼電器和設(shè)備連接時的極性。</p><p>　　注意：當選擇溫度單元作為實驗對象時，給定電壓―酸不

61、高于0.8V （PID調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為1時）對應(yīng)溫度值大約為70℃左右。否則溫度單元過熱可能會導(dǎo)致元件操壞：這里當PWM發(fā)生單元的輸入電壓為1.2V～3.4V時將產(chǎn)生PWM脈沖輸出，且輸入電壓和脈沖的寬度成正比。當輸入小于1.2V時PWM脈沖輸出為零電平，當輸入大于3.4v時PWM輸出為高電平。</p><p><b>　　2.觀察控制效果</b></p><p>

62、　?。?）用示波器的“CH1＂和“CH2”路表筆分別測給定電壓和電壓輸出端，運行示波器可觀察給定電壓和反饋電壓的關(guān)系，應(yīng)符合PID控制器的規(guī)律。當反饋遠小于給定時，PwM脈沖的電平寬度較大，加熱的時間長；當反饋接近給定時，PWM脈沖的電平寬度減小，加熱的時間也在減小；當反饋超出給定，PWM脈沖的電平寬度較小，加熱的時間將變的很短，直到PWM脈沖的電平寬度為零，停止加熱。</p><p>　?。?）烤箱溫度值可由溫

63、度計讀出。系統(tǒng)上電運行后，可通過對溫度上升情況的觀察，再根據(jù)PID調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律，適當調(diào)整P.I.D三項參數(shù)，即通過修改阻容值來達到修改比例、積分、微分值的作用，使系統(tǒng)能達到一個較好的效果。</p><p>　　PID調(diào)節(jié)器的輸出響應(yīng)為：</p><p>　　其中為單位脈沖函數(shù)，</p><p><b>　　此次試驗取</b></p&g