频率特性的测量

P．2
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
L(ω)—原系统的对数幅频特性； Ld(ω)—校正后期望对数幅频特性； Lc(ω)—校正装置对数幅频特性； 上式表明，给出期望对数幅频特性和原系统的对数幅频特性后，就可得到校正装置 的对数幅频特性。可见这种方法的关键是如何绘制期望对数幅频特性。 2．有源校正装置 （1）迟后—超前校正； 由运算放大器及阻容网络组成，其线路及幅频特性如图 4-5-2 所示。
式中
（a）线路图 图 4-5-2 迟后—超前校正 其传递涵数为 G c ( s )
K ( 1 s 1 )( 2 s 1 ) ( T 1 s 1 )( T 2 s 1 )
（b）幅频特性
装 订 线
式中： T 1 R 1 C 1 T 2 ( R 2 R 20 ) C 2
校正环节的波特图
P．10
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
将两个系统函数的波特图画在一张图上：
g=tf(100,conv([1,0],conv([0.1,1],[0.02,1]))) margin(g) hold on g1=tf(conv([0,100],[0.2,1]),conv([1,0],conv([1,1],conv([0.02,1],[0.02,1])))) margin(g1)
1 ( R 1 R 10 ) C 1
2
R 2C
2
K
R 20 R 10
（2）迟后校正 线路图和幅频特性如图 4-5-3 所示。
（a）线路图 图 4-5-3 迟后校正装置 其传递函数为
G c (s) K (T 1 s 1) (T 2 s 1)
（b）幅频特性
（
T 2 T1
P．13
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
只有衰减。 有源校正网络：阻容电路+线性集成运算放大器 优点：带有放大器，增益可调，使用方便灵活。 缺点：特性容易漂移。 4．根据电子模拟装置设计一斜率可调的斜坡信号，有哪几种方法可调节信号斜率? 阶跃信号经过积分环节后，就可以形成斜坡信号，斜率即为积分环节的时间常数，时间 常数由积分环节的电阻和电容的乘积决定，因此可以通过调节积分环节的电阻或者电容来调 节信号斜率。 实验心得： 这次试验的内容是线性系统串联校正的模拟研究，主要通过比较未校正系统和校正系统 的稳定性及阶跃响应来培养我们设计控制系统的基本素养，对应课本内容为书上第六章。这 次实验相对前几次来说，在硬件调试上有很大难度，因为实验设备的问题，不能很快调出波 形，并且整个实验过程达到稳定的过渡过程只在阶跃信号刚加上去几秒钟以内有，捕捉难度 很大。当然我还是坚持用不到 2 个小时的时间和其他同学的合作下完成了这次实验，也测得 比较好的实验波形。最后，在做理论仿真的时候，我最先使用了 multsim，发现这个软件仿 真时间很长，如果电脑运行比较慢的话，会更长。所以我建议实验 pispice 这个软件，它的 波形是一次性出来，可能效果会好很多。当然因为这里已经知道了系统的传递函数，所以我 这里使用的是 matlab 仿真。通过这次实验，我对系统校正有了一个新的认识，对系统的设计 也有了更深的了解。
C1 1µF R4
C3 0.1µF R6 200kΩ
7 1 5
C2 1µF
100kΩ
5
R1 10kΩ V1 10V -0V 0.1Hz
U1
6
7
1
U2
6
U3
6
7
1
5
U4
6
3
R3 100kΩ
3
R5
3
R7 1MΩ
3
2 4
2 4
200kΩ 2 741 R9 10kΩ
5 4
2 4
741
741
741
R10 10kΩ -15V
4
R1 100kΩ
3
R4 100kΩ
7 1 5
订 线
U1
6
2
741
6．设计一迟后校正装置，并记录系统的阶跃响应。
P．6
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
五、实验数据记录和处理 记录的波形是： 1、当系统校正以前：
电路图为：
VCC 15V R2 1MΩ
7 1 5
装 订 线
C5 1µF C4 1µF R13 100kΩ R15 100kΩ
4
R12 100kΩ
IN
XBP1
OUT
R11 100kΩ
3
R14 100kΩ
7 1 5
U6
6
2
741
P．8
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
装 订
六、实验结果与分析（必填）
线
通过 matlab 仿真： g=tf(100,conv([1,0],conv([0.1,1],[0.02,1]))) margin(g) g= 100 -----------------------0.002 s^3 + 0.12 s^2 + s
7 1 5
C1 1µF R4
C3 0.1µF R6 200kΩ
7 1 5
C2 1µF
100kΩ
5
U1 R3 100kΩ 741
3
7
1
U2
6
U3
6
7
1
5
U4
6
R5 200kΩ
3
R7 1MΩ
3
2 4
2 4
2 4
741
741
741
R10 10kΩ -15V
VDD
XSC1
Ext Trig + _ A + _ + B _
实验五 线性系统串联校正的模拟研究
一、 实验目的和要求（必填） 实验目的： 通过实验掌握用频率特性法分析自动控制系统的动态特性， 研究串联校正装置对系统的 校正作用并学习调试校正参数的方法。 实验要求： 1．复习系统校正的有关内容； 2．求出原系统及加入校正后系统的相位裕量和幅值裕量； 3．记录原系统及加入校正后系统的阶跃响应，并加以分析。 二、 实验内容和原理（必填） 1．按期望的对数幅频特性对系统进行串联校正 按期望对数幅频特性对系统进行串联校正，是一种既简便又有一定准确性的工程设 计方法。期望对数幅频特性是按规定的性能指标绘制的，它就是校正后系统的特性，这 种方法可以综合任何一种形式的校正装置。 因此在设计自动控制系统中， 使用范围很广。 但是只适用于最小相位系统，因为最小相位系统的对数幅频特性和相频特性之间有确定 性的关系，按幅频特性的形状就能确定瞬态响应的性能。综合的步骤举例说明如下： （1）根据规定的性能指标绘制期望对数幅频特性，并绘制原系统的对数幅频特性，如图 4-5-1 所示，实线为原系统特性 L(ω)，虚线为期望特性 Ld(ω)；
3
U1
6
7
1
U2
6
U3
6
7
1
5
U4
6
R3 100kΩ
3
R5
3
R7 1MΩ
3
订 线
2 4
2 4
200kΩ 2 741 R9 10kΩ
5 4
2 4
741
741
741
R10 10kΩ -15V
7
1
U5
6
VDD R8 10kΩ
XSC1
Ext Trig + _ A B _ + _
3
2 4
741
+
3．接好原系统的实验线路，用慢扫描示波器观察系统的阶跃输出响应，并记录系统的稳态误 差；
校正前（开环）的波特图
P．9
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
g=tf(conv([0,100],[0.2,1]),conv([1,0],conv([1,1],conv([0.02,1],[0.02,1])))) margin(g)
g= 20 s + 100 -------------------------------------0.0004 s^4 + 0.0404 s^3 + 1.04 s^2 + s
专业： 姓名： 学号：
电气工程及其自动化 xxx 311xxxxxxx 玉泉教二 213
实验报告
日期：2013-12-05 20:00～22:00 地点：
课程名称： 控制理论（乙） 指导老师： xxx 成绩： 实验名称：实验五 线性系统串联校正的模拟研究 实验类型： 探索验证 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
7
1
U5
6
VDD R8 10kΩ
XSC1
Ext Trig + _ A B _ + _
3
2 4
741
+
P．7
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
2、当系统校正以后： 电路图为：
装 订 线
R1 10kΩ V1 10V -0V 0.1Hz
3 6 2 4
VCC 15V R2 1MΩ
P．4
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
2．根据原系统的传递函数，设计实验线路图，并确定元件参数；
VCC 15V R2 1MΩ
7 1 5
C1 1µF R4
C3 0.1µF R6 200kΩ
7 1 5