自控理论实验实验指导书(LABVIEW)(5)

自动控制理论实验指导 ①选择D/A输出通道，如“O1”，将其作为环节输入，接到环节输入Ui端, 将环节的输出端Uo接到A/D输入通道I1，再将其作为原始测试信号接到A/D输入的I2（便于观看虚拟示波器发出的原始信号）。

②完成上面的硬件接线后，检查USB连线和实验箱电源，然后打开LabVIEW软件上位机界面程序。

③进入实验界面后，先对频率特性的测试信号进行设置：“幅值”为7V（可以根据实验结果波形来调整），“测试信号”为正弦波。

④完成实验设置，先点击LabVIEW运行按钮

“开始”运行界面程序。测

试程序将会从低频率计算到高频，界面右下角有个测试进度条，它将显示测试的进度。最后测试出来频率特性的Bode Plot、Nyquist Plot将在相应的图形控件中显示出来,在同一界面中我们可以同时看到频率特性的两种显示模式:一种是波特图“Bode Plot”，它包括幅频特性和相频特性；另一种模式就是乃奎斯特图“Nyquist Plot”，又称极坐标图。

说明：程序运行状态下对资源的要求很多，请勿做任何操作，包括鼠标的移动（否则会造成程序停止响应的结果）。

⑤按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件。

3．利用实验设备完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。具体操作方法参阅一阶系统操作步骤。

4．参考附录的提示，根据测得的频率特性曲线（或数据）求取各自的传递函数。 6．分析实验结果，完成实验报告。 四．附录 1．实验用一阶惯性环节传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线： 对于G(s)?K的一阶惯性环节，其幅相频Ts?1Im率特性曲线是一个半圆，见图3.1。 取s?j?代入，得 G(j?)?K?r(?)ej?(?)j?T?1 在实验所得特性曲线上，从半园的直径r(0)，0Re- 20 图3.1自动控制理论实验指导 可得到环节的放大倍数K，K＝r(0)。在特性曲线上取一点?k，可以确定环节的时间常数T，T??tg?(?k)?k。

1，其中参数为R0=200K?，R1＝200K?，

0.2s?1实验用一阶惯性环节传递函数为G(s)?C＝0.1uF，参数根据实验要求可以自行搭配，其模拟电路设计参阅上图1.5.2。 2．实验用典型二阶系统开环传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线： 对于由两个惯性环节组成的二阶系统，其开环传递函数为 G(s)?KK?22(T1s?1)(T2s?1)Ts?2?Ts?1 (??1) Im令上式中 s?j?，可以得到对应的频率特性 G(j?)?K?r(?)ej?(?) 22?T??j2?T??10Re二阶系统开环传递函数的幅相频率特性曲线，如图3.2.1所示。 根据上述幅相频率特性表达式，有 K?r(0) （3—1） r(0) r(?k)?12?T?k1?2tg?k211?T2?k?其中 tg?k2?T?图3.2.1故有 T2? 2T??12?k?2?T （3—2） ?ktg?kr(0)?kr(?k)1?1tg2?k （3—3）

如已测得二阶环节的幅相频率特性，则r(0)、?k、?k和r(?k)均可从实验曲线得到，于是可按式（3—1）、（3—2）和（3—3）计算K、T、ξ，并可根据计算所得T、ξ 求取T1和T2

T1?T(???2?1 T2?T(???2?1

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自动控制理论实验指导 实验用典型二阶系统开环传递函数为:

G(s)H(s)?11?

(0.2s?1)(0.1s?1)0.02s2?0.3s?1其电路设计参阅图3.2.2，软件操作如一阶电路所描述，请勿更改。程序运行状态下对资源的要求很多，请勿做任何操作，包括鼠标的移动（否则会造成程序停止响应的结果）。

3．对数幅频特性和对数相频特性

上述幅相频率特性也可表达为对数幅频特性和对数相频特性，图3.3.1和图3.3.2分别给出上述一阶惯性环节和二阶环节的对数幅频特性和对数相频特性：

- 22 图3.3.1 自动控制理论实验指导

图3.3.2 注意：此时横轴?采用了以10为底的对数坐标，纵轴则分别以分贝和度为单位。

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自动控制理论实验指导 实验四 线性系统串联校正

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．观测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．观测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。

4．对线性系统串联校正进行计算机仿真研究，并对电路模拟与数字仿真结果进行比较研究。

三．实验步骤

1．利用实验设备，设计并连接一未加校正的二阶闭环系统的模拟电路，完成该系统的稳定性和动态特性观测。提示：

①设计并连接一未加校正的二阶闭环系统的模拟电路，可参阅本实验附录的图4.1.1和图4.1.2，利用实验箱上的U9、U11、U15和U8单元连成。

②通过对该系统阶跃响应的观察，来完成对其稳定性和动态特性的研究，如何利用实验设备观测阶跃特性的具体操作方法，可参阅实验一的实验步骤2。

2．参阅本实验的附录，按校正目标要求设计串联校正装置传递函数和模拟电路。 3．利用实验设备，设计并连接一加串联校正后的二阶闭环系统的模拟电路，完成该系统的稳定性和动态特性观测。提示：

①设计并连接一加串联校正后的二阶闭环系统的模拟电路，可参阅本实验附录的图4.4.4，利用实验箱上的U9、U14、U11、U15和U8单元连成。

②通过对该系统阶跃响应的观察，来完成对其稳定性和动态特性的研究，如何利用实验设备观测阶跃特性的具体操作方法，可参阅“实验一”的实验步骤2。

4．改变串联校正装置的参数，对加校正后的二阶闭环系统进行调试，使其性能指标满足预定要求。提示：

5．分析实验结果，完成实验报告。

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