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1、精选优质文档-倾情为你奉上控制理论综合实验报告班级 学号 姓名 同组人 上交日期 年 月 日专心-专注-专业自动控制原理综合实验指导书天津科技大学电子信息与自动化学院自动化工程系2014/10 by daifz目 录附录五 实验报告撰写须知.56前言一、概述 研究一个控制系统的运动，一般采用两种方法来进行研究。一种方法是应用理论分析方法来分析系统运动的性能，以获得系统设计的依据。另一种方法是通过实验研究，以获得所设计系统的运动规律与系统的各项性能。这是通过运动曲线与实验数据来展现的。控制系统的两种研究方法互为补充，互为验证，两者缺一不可。 在控制系统的实验研究中，可以在实际物理系统上来进行，也
2、可以通过物理装置模型来进行研究。当前，由于控制系统的对象规模越来越大，对象结构越来越复杂，对象的种类越来越多，因此在控制系统的设计过程中，控制系统的仿真研究也就基本上取代了物理系统的实验研究。一般只有到了控制系统设计的最后阶段系统调试阶段，才有可能进行实际系统实验。 控制系统的仿真研究方法有两种，一种方法是模拟仿真方法，另一种方法是数字仿真。在自动控制原理综合实验中，我们将分别采用数字仿真的基本原理和模拟仿真的基本原理，设计出合理的控制系统的仿真试验，为自动控制理论知识的进一步掌握和运用打下坚实的基础。二、自动控制原理综合实验的任务自动控制原理综合实验是自动控制理论课的一部分。实验任务是：1.
3、 通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法。2. 学习和掌握系统模拟电路的构成和测试技术。3. 学习和掌握MATLAB语言和SIMULINK仿真环境。4. 提高分析问题及解决问题的能力。5. 提高动手能力、应用计算机的能力和水平。三、实验设备自动控制原理综合实验所使用的设备由计算机、ELATIII试验箱、万用表、电阻、电容等组成。四、对参加实验学生的要求：1. 阅读实验指导书、复习与实验有关的理论知识、明确每次实验的目的，了解实验内容和方法。2. 按实验指导书要求进行接线和操作，经检查和指导教师同意后再通电。3. 在实验中注意观察、记录有关数据和图像，并由指
4、导教师复查后才能结束实验。4. 实验后应断电、整理实验台、恢复到实验前的情况。5. 认真写实验报告、按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹要清楚，画曲线用坐标纸，结论要明确。6. 爱护实验设备、遵守实验室规定。7. 实验报告封皮采用标准的“控制理论综合实验报告”（该指导书的第一页）。自带U盘将各自实验的输出结果拷贝回去整理在报告中。五、几点说明1. 有关用MATLAB语言进行系统时域分析、根轨迹绘制及频率特性分析的内容，请参见附录一。2. 有关用SIMULINK仿真环境进行系统时域分析、系统校正分析的内容请参见附录二。3. 有关ELATIII试验箱的软件使用说明请参见附录三。4. 有关
5、ELATIII实验箱的布局图请参见附录四。5. 实验报告的撰写须知（包括公式、图表等的格式）参见附录五。实验一 典型环节及其阶跃响应一、实验目的1. 掌握控制系统模拟实验的基本原理和一般方法。2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。二、实验仪器1 EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2 计算机一台三、实验原理1模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得
6、到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。2 时域性能指标的测量方法：超调量：1) 启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。2) 检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任一实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。3) 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。4) 在实验项目的下拉列表中选择实验一典型环节及其
7、阶跃响应 。5) 鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。6) 用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量： 四、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：1. 比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。 G（S）= -R2/R12. 惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。 G（S）= - K/（TS+1） K=R2/R1，T=R2C3. 积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。 G（S）=1/（TS） T=RC 4比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。 G（S）
8、=K（1+1/（TS） K=R2/R1，T=R2C五、实验步骤 1.启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 比例环节3.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-1)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。4.在实验项目的下拉列表中选择实验一一、典型环节及其阶跃响应 。5.鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。6.观测计算机
9、屏幕显示出的响应曲线及数据。7.记录波形及数据（由实验报告确定）。 惯性环节8.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-2)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。9.实验步骤同47积分环节10.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-3)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。11.实验步骤同47比例+积分环节12.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-4)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D
10、、D/A卡的AD1输入，将积分电容连在模拟开关上。检查无误后接通电源。13.实验步骤同47。14.测量系统的阶跃响应曲线，并记入下表。六、实验报告1. 由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。2. 将实验中测得的曲线、数据及理论计算值，整理列表。七、预习要求1阅读实验原理部分，掌握时域性能指标的测量方法。2分析典型一阶系统的模拟电路和基本原理。表1-1 典型环节及其阶跃响应实验结果参数阶跃响应曲线K、T（秒）理论值实测值R1=R2=100KC=1ufK=1 T=0.1S比例环节惯性环节积分环节比例+积分环节R1=100KR2=200KC=1ufK=2 T=
11、0.2S比例环节惯性环节积分环节比例+积分环节实验数据测试表(学生填写)实验二 二阶系统阶跃响应一、实验目的 1研究二阶系统的特征参数，阻尼比z和无阻尼自然频率wn对系统动态性能的影响。定量分析 z 和wn与最大超调量和调节时间tS之间的关系。 2进一步学习实验系统的使用方法。 3学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实验仪器1EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2计算机一台三、实验原理1模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统
12、。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。2. 域性能指标的测量方法：超调量：1）启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。2) 检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任一实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数，按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。3) 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输 出，电路的输出U2接A/D、D/A卡
13、的AD1输入，将两个积分电容连在模拟开关上。检查无误后接通电源。4) 在实验项目的下拉列表中选择实验二二阶系统阶跃响应 。5) 鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。6) 利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量： 四、实验内容典型二阶系统的闭环传递函数为 w2n j（S）= （1）s22zwnsw2n其中 z 和wn对系统的动态品质有决定的影响。构成的典型二阶系统的模拟电路如图2-1所示，并测量其阶跃响应：图2-1 二阶系统模拟电路图系统的结构图如图2-2：图2-2 二阶系统结构图系
14、统闭环传递函数为 （2） 式中 T=RC，K=R2/R1。比较（1）、（2）二式，可得 wn=1/T=1/RC z=K/2=R2/(2R1) （3） 由（3）式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。改变RC值可以改变无阻尼自然频率wn。取R1=200K，R2=100KW和200KW，可得实验所需的阻尼比。电阻R取100KW，电容C分别取1mf和0.1mf,可得两个无阻尼自然频率wn。五、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将两个积分电容得两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。2.启
15、动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。3.测查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任一实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。4.在实验项目的下拉列表中选择实验二二阶系统阶跃响应, 鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。5.取wn=10rad/s, 即令R=100KW，C=1mf；分别取z=0，0.25，0.5、1、2，即取R1=100KW，R2分别等于0、50KW、100
16、KW、200KW、400KW。输入阶跃信号，测量不同的z时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量和调节时间Ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。6.取z=0.5。即电阻R1=R2=100KW；wn=100rad/s, 即取R=100KW，改变电路中的电容C=0.1mf(注意：二个电容值同时改变)。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量和调节时间Ts。7.取R=100KW；改变电路中的电容C=1mf,R1=100KW,调节电阻R2=200KW。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录峰值时间Tp和的数值。8.测量二阶系统的阶跃响应并记入表中（如果以上步
17、骤中的各数值与下表不同，则以下表中的取值为实验数据）：表2-1 二阶系统阶跃响应实验结果 实验结果参数tp（ms）ts（ms）阶跃响应曲线R =100KC =1fn=10rad/sR1=100KR2=0K=0R1=100KR2=50K=0.25R1=100KR2=100K=0.5R1=100KR2=200K=1R1=100KR2=400K=2R1=100KC1 =0.1fn=100rad/sR1= 100KR2=100K=0.5R1=100KR2=200K=1六、实验报告1.画出二阶系统的模拟电路图，讨论典型二阶系统性能指标与，n的关系。2.把不同z和wn条件下测量的和ts值列表，根据测量结果
18、得出相应结论。3.画出系统响应曲线，再由ts和计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。七、预习要求1. 阅读实验原理部分，掌握时域性能指标的测量方法。2. 按实验中二阶系统的给定参数，计算出不同、n下的性能指标的理论值。实验三 控制系统的稳定性分析 一、实验目的 1观察系统的不稳定现象。2研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。二、实验仪器1EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2计算机一台三、实验内容系统模拟电路图如图3-1 图3-1 系统模拟电路图其开环传递函数为: G（s）=10K1/(s(0.1s+1)(Ts+1)式中 K1=R3/R2，R2=100KW，R3=050
19、0K；T=RC，R=100KW，C=1mf或C=0.1mf两种情况。四、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。2.启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。3.检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任一实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。4.在实验项目的下拉列表中选择实验三控制系统的稳定性分析, 鼠标单击按
20、钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置目的电压U1=1000mV鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。 5.取R3的值为50KW，200KW，300KW，此时相应的K=0.5，2，3。观察不同R3值时显示区内的输出波形(既U2的波形)，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值。再把电阻R3由大至小变化，即R3=300kW，200kW，50kW，观察不同R3值时显示区内的输出波形, 找出系统输出产生等幅振荡变化的R3及K值，并观察U2的输出波形。6.在步骤5条件下，使系统工作在不稳定状态，即工作在等幅振荡情况。改变电路中的电容C由1mf变成0.1mf，重复实验步骤4观察系统
21、稳定性的变化。 7.将实验结果添入下表中（如果以上步骤中的各数值与下表不同，则以下表中的取值为实验数据）：表3-1 控制系统的稳定性分析实验结果参数系统响应曲线C=1ufR3=50KK=0.5R3=200KK=2R3=300KK=3C=0.1ufR3=300KR3=200KR3=50K五、实验报告 1画出步骤5的模拟电路图。 2画出系统增幅或减幅振荡的波形图。 3计算系统的临界放大系数，并与步骤5中测得的临界放大系数相比较。六、预习要求1 分析实验系统电路，掌握其工作原理。2 理论计算系统产生等幅振荡、增幅振荡、减幅振荡的条件。 实验四 系统根轨迹法数字仿真分析一、实验目的1. 利用计算机完成
22、控制系统的根轨迹作图。2. 了解控制系统根轨迹作图的一般规律。3. 利用根轨迹进行系统分析。二、实验步骤1. 用鼠标双击图标进入MATLAB命令窗口：“Command Window”。2. 相关MATLAB函数：rlocus(num,den)rlocus(num,den,k)r=rlocus(num,den)r,k= rlocus(num,den)给定系统开环传递函数的多项式模型，作系统的根轨迹图。其计算公式为式中，K为根轨迹增益，num为开环传递函数的分子多项式系数向量，den为开环传递函数的分母多项式系数向量。函数格式1：开环增益K的范围自动设定。函数格式2：开环增益K的范围可以由人工给定
23、。函数格式3：返回变量格式。计算所得的闭环根r（矩阵）返回至MATLAB命令窗口，不作图。函数格式4：返回变量格式。计算所得的闭环根r（矩阵）和对应的开环增益值K（向量）返回至MATLAB命令窗口，不作图。更详细的命令说明，可键入“help rlocus”在线帮助查阅。例如，系统的开环传递函数根轨迹作图程序为k=1; z=;p=0,-1,-2;num,den=zp2tf(z,p,k);rlocus(num,den)图4-1 根轨迹图根轨迹如图4-1所示。pzmap(num,den)p,z=pzmap(num,den)给定单输入-单输出系统的传递函数的分子多项式系数向量num和分母多项式系数向量
24、den，在s平面上作零极点图。函数格式1：计算零极点并作图。函数格式2：函数变量格式。计算所得的零极点向量p，z返回至MATLAB命令窗口，不作图。例如，系统的传递函数程序为num=2 -2;den=1 4 14 20;pzmap(num,den)图4-2 零极点图零极点图如图4-2所示。三、实验内容给定如下各系统的开环传递函数，作出它们的根轨迹图，并完成给定要求。1. 要求：（a） 准确记录根轨迹的起点、终点与根轨迹的条数；（b） 确定根轨迹的分离点与相应的根轨迹增益；（c） 确定临界稳定时的根轨迹增益。2. 要求：确定根轨迹与虚轴焦点并确定系统稳定的根轨迹增益范围。3. 要求：(a) 确定
25、系统具有最大超调量时的根轨迹增益，做时域仿真验证；(b) 确定系统阶跃响应无超调量时的根轨迹增益取值范围，并作时域仿真验证。4. 已知系统结构图如图4-3所示，分别令（选做）C(s)-R(s)图4-3 系统结构图+（1）；（2）；（3）要求：（a） 做根轨迹图并将曲线保持(hold on)进行比较；（b） 选定闭环极点的虚部为，确定增益K和闭环根r，分析动态性能及稳态性能的差别，并作时域仿真验证。四、实验报告要求1. 记录给定系统与显示的根轨迹图。2. 完成上述各题要求，分析闭环极点在s平面上的位置与系统动态性能的关系。实验五 系统频率特性数字仿真分析一、伯德图绘制（一）实验目的1 利用计算机
26、作出开环系统的伯德图；2 观察记录控制系统的开环频率特性；3 控制系统的开环频率特性分析。（二）实验步骤1. 用鼠标双击图标进入MATLAB命令窗口：“Command Window”。2. 与伯德图相关的MATLAB函数：bode(num,den)bode(num,den,w)mag,phase,w=bode(num,den)给定系统开环传递函数的分母分子多项式模型，作系统的伯德图。其计算公式为式中，num为开环传递函数的分子多项式系数向量，den为开环传递函数的分母多项式系数向量。函数格式1：给定num、den做伯德图，角频率向量的范围自动设定。函数格式2：角频率w向量的范围可由人工给定。（
27、w为对数等分，由对数等分函数logspace()完成，例如w=logspace(-1,1,100)）。函数格式3：返回变量格式。计算所得的幅值mag、相角phase及角频率w返回至MATLAB命令窗口，不作图。更详细的命令说明，可键入“help bode”在线帮助查阅。例如，系统的开环传递函数作图程序为num=10; den=1 2 10;bode(num,den);w=logspace(-1,1,32);bode(num,den,w);logspace(d1,d2,n)图5-1 伯德图将变量作对数等分。命令中为之间的变量范围，为等分点数。semilogx(x,y)半对数绘图命令、函数格式与p
28、lot()相同。例如，已知传递函数作对数幅频特性。程序为w=logspace(-1,1,32); % w范围和点数nmag=10./(i*w).2+2.*(i*w)+10);% 幅频特性l=20*log(abs(mag);% 对数幅频特性semilogx(w,l); % 半对数作图grid% 画网格线图5-2 幅频特性margin(num,den)Mg,Pc,wg,wc=margin(num,den)函数格式1：作伯德图，计算伯德图上的稳定裕度，并将计算结果表示在图的上方。函数格式2：返回变量格式，不作图。返回变量Mg为幅值裕度，Pc为相位裕度，幅值裕度Mg对应的频率为wg，相位裕度Pc对应的
29、频率为wc。（三）实验内容1. 2. 要求：(a) 作伯德图，在曲线上标出：幅频特性，即低频段特性、高频段特性、开环截止频率、中频段穿越斜率和相频特性，即低频段渐进相位角、高频段渐进相位角、-180线的穿越频率；(b)由稳定裕度命令计算系统的稳定裕度和，并确定系统的稳定性。(c) 在图上作近似折线特性，与原准确特性相比较。3. 令k=1作伯德图，应用频域稳定判据确定系统的稳定性，并确定使系统获得最大相位裕度的增益k值。4. 已知系统结构图如图5-3所示。（选做）分别令C(s)-R(s)图5-3 系统结构图+（1）（2）作伯德图并保持(hold on) 曲线，分别计算两个系统的稳定裕度值，然后作
30、性能比较以及时域仿真验证。（四）实验报告要求1. 记录给定系统与显示的伯德图。2. 完成上述各题要求。二、极坐标图绘制（一）实验目的1. 利用计算机作出开环系统的极坐标图；2. 观察记录控制系统的极坐标图；3. 控制系统的极坐标图系统分析。（二）实验步骤1. 用鼠标双击图标进入MATLAB命令窗口：“Command Window”。2. 与极坐标图相关的MATLAB函数nyquist(num,den)nyquist (num,den,w)re,im,w= nyquist (num,den)给定系统开环传递函数的多项式模型，作系统的极坐标图（Nyquist）。其传递函数为 式中，num为开环传递
31、函数的分子多项式系数向量，den为开环传递函数的分母多项式系数向量。函数格式1：给定num和den作Nyquist图，角频率向量w的范围自动设定。函数格式2：角频率向量w的范围可以由人工给定(例如，)。函数格式3：返回变量格式。计算所得的实部Re、虚部Im及角频率w返回至MATLAB命令窗口，不作图。例如，系统开环传递函数 图5-4 奈奎斯特图作图程序为num=10;%作多项式模型 den=1 2 10;nyquist(num,den); %绘制极坐标图如果作图趋势不明显，可以采用下述方法改进；1. 使用命令axis()改变坐标显示范围axis(-1,1.5,-2.2) %改变坐标显示范围2.
32、 给定角频率变量w=0:0.1:100;nyquist(num,den,w);绘制的极坐标图如图5-4所示。（三）实验内容1. 要求：作极坐标图（如展示不清，可改变坐标范围或设定角频率变量 （w=w1:w:w2）。2. 要求：(a) 作极坐标图（可改变坐标范围或设定角频率变量w）(b) 比较时两图的区别与特点。3. 要求：(a) 作极坐标图（可改变坐标范围或设定角频率变量w）(b) 比较时两图的区别与特点。（四）实验报告要求1. 认真做好实验记录；2. 完成上述各题给定要求。实验六 控制系统综合实验一、实验目的1. 研究串联校正环节对系统稳定性及动态性能的影响。2. 熟悉和掌握系统串联校正装置
33、的设计。3. 熟悉和掌握系统模拟电路图的设计及系统过渡过程的测量方法。二、实验及要求1. 给出校正前系统的方框图如图6-1所示。其中：开环传函 在此取 图6-1 校正前系统方框图2. 未校正系统用SIMULINK仿真环境进行校正前的仿真分析。并粗略给出校正前的、Ts值;3. 构建上述系统的模拟电路图。求其阶跃响应曲线。并测取其、Ts值。3. 据上述给定系统，试自行设计一个串联超前校正环节，使其满足超调量（或相角裕度）的性能指标要求。校正后系统的结构图如图6-2所示： 图6-2 超前校正系统结构图4. 将所设计的串联校正环节及未校正系统用SIMULINK仿真环境进行校正后的仿真分析。并粗略给出校
34、正后的、Ts值，效果满意可进行模拟仿真研究。5. 将设计好的串联校正环节用模拟电路进行实现，并在具体实施前将方案设计报给指导教师审查，合格后方可进行具体实施。6. 将校正环节串入系统，构成校正后系统的模拟电路图，经指导教师查验后方可进行模拟实验。7. 自行设计该实验步骤，经指导教师审查后，可进行实验。测取校正后的及Ts。三、实验报告1. 画出所作实验的电路图，结构图。2. 给出实验步骤及校正环节的设计。3. 给出校正前后的阶跃响应曲线及、Ts值。4. 给出理论设计后的数字仿真结果并与实验结果进行比较。四、典型校正环节模拟电路图（仅供参考） 典型校正环节模拟电路图如图6-3所示。 图6-3 校正
35、网络模拟电路图上图校正环节的传递函数其中： 实验七 系统频率特性测量 一、实验目的 1加深了解系统及元件频率特性的物理概念。 2掌握系统及元件频率特性的测量方法。 3掌握利用“李沙育图形法”测量系统频率特性的方法。二、实验仪器1.EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2.计算机一台三、实验原理频率特性的测量方法： 被测系统 DA1AD/DA卡 AD1 AD/DA卡 1. 将正弦信号发生器、被测系统和数据采集卡按图7-1连接起来。图7-1 频率特性测量电路2. 通过AD/DA卡产生不同频率和幅值的正弦信号，并输入到被测系统中。3. AD/DA卡采集被测系统的输出信号，并显示在计算机屏幕上。通
36、过比较输入信号和输出信号的不同，可以得到系统的频率响应特性。四、实验内容1.模拟电路图及系统结构图分别如图7-2和图7-3。图7-2 系统模拟电路图图 7-3 系统结构图2系统传递函数 取R3=500kW，则系统传递函数为 U2（S） 500 G（S）= = U1（S） S2+10S+500 若输入信号U1（t）=U1sinwt,则在稳态时，其输出信号为U2（t）=U2sin（wt+Y）改变输入信号角频率w值，便可测得二组U2/U1和Y随w变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。五、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出
37、U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。2.启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。测频率图4在实验项目的下拉列表中选择实验四四、系统频率特性测量, 鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数并选择时间电压图，然后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果，如图7-4所示。测波特图5. 在实验项目的下拉列表中选择实验四四、系统频率特性测量, 鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话
38、框中设置相应的实验参数并选自动选项，然后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。如图7-5所示。图7-4 手动方式测量波特图图7-5 数据采集6. 待数据采样结束后点击按钮即可以在显示区内显示出所测量的波特图。测奈氏图7. 在完成步骤6后，在显示区单击鼠标右键，即出现奈氏图。8. 按下表所列频率，测量各点频率特性的实测值并计算相应的理论值。表7-1 系统频率特性测量实验结果F（Hz）（rad/s）理论值实测值L（）（）2Xm2yo2ymL（）（）李沙育图形六、实验报告1. 画出被测系统的结构和模拟电路图。2. 画出被测系统的开环 曲线与曲线。3. 整理表中的实验数据，并算出理论值和实测值。七、预习要求1. 阅读实验原理部分，掌握频率特性的测量方法。2. 画出被测系统的开环曲线与曲线。3. 按表中给出格式选择几个频率点，算出各点频率特性的理论值。八：测量数据的说明实验时信号源的频率信号源的角频率输出幅值随 变化的函数。输出相位随 变化的函数附录一 MATLAB应用简介1利用MATLAB进行时域分析利用MATLAB可以方便地进行控制系统的时域分析。欲判断系统的稳定性，只要求出系统的闭环极点的分布即可。而系统的闭环极点就是闭环系统传递函数的分母多项式的根。欲分析系统的动态特性，只要给出系统的单位阶跃响应即可。这一切利用MATLAB是十分方便的。1.1系统的稳定性在MATLAB中，