实验四线性系统的串联校正 一.实验目的 1.掌握线性系统的串联校正方法 2.研究串联校正装置对系统性能的影响： 3.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。 二.实验内容 1.搭建待校正系统模拟电路，观测系统响应波形，记录超调量0%和调节时间ts: 2.加入串联校正环节，观测校正后的系统响应波形，记录超调量σ%和调节时间ts: 3.运行线性系统串联校正的仿真软件，并对电路模拟与数字仿真结果进行比较。 三.实验步骤 在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器，也可选用本实验台上的虚拟示波器。 如果选用虚拟示波器，只要运行ACES程序，选择菜单列表中的相应实验项目，再选择 开始实验，就会打开虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验台上的虚拟示波器CH1、 CH2两而道观察被测波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1.待校正线性系统 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A3、实验电路A4。 待校正线性系统模拟电路如图1-4-1所示，系统开环传递函数为： 0.04+增益 K=100,相角裕度0=28。 400r O IUF C2 A4 图1-4-1待校正线性系统模拟电路(y。=28) (1)设置阶跃信号源： A.将阶跃信号区的选择开关拨至“0一5V”: B.将阶跃信号区的 ~5V”端子与实验电路A3的“IN32”端子相连接 C.按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0一5V”端子产生阶跃信号。 (2)搭建待校正线性系统模拟电路： A.将实验电路A3的“OUT3”端子与实验电路A1的“IN12”端子相连接，将
实验四 线性系统的串联校正 一．实验目的 1．掌握线性系统的串联校正方法； 2．研究串联校正装置对系统性能的影响； 3．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。 二．实验内容 1．搭建待校正系统模拟电路，观测系统响应波形，记录超调量σ%和调节时间 ts； 2．加入串联校正环节，观测校正后的系统响应波形，记录超调量σ%和调节时间 ts； 3．运行线性系统串联校正的仿真软件，并对电路模拟与数字仿真结果进行比较。 三．实验步骤 在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器，也可选用本实验台上的虚拟示波器。 如果选用虚拟示波器，只要运行 ACES 程序，选择菜单列表中的相应实验项目，再选择 开始实验，就会打开虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验台上的虚拟示波器 CH1、 CH2 两通道观察被测波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1．待校正线性系统 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路 A1、实验电路 A3、实验电路 A4。 待校正线性系统模拟电路如图 1-4-1 所示，系统开环传递函数为： (0.04 1) K s s + ，增益 K＝100，相角裕度 0 = 28 。 图 1-4-1 待校正线性系统模拟电路( 0 = 28 ) （1） 设置阶跃信号源： A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”； B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路 A3 的“IN32”端子相连接； C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。 （2） 搭建待校正线性系统模拟电路： A．将实验电路 A3 的“OUT3”端子与实验电路 A1 的“IN12”端子相连接，将
A1的“OUT1”与A4的“IN41”端子相连接，A4的“OUT4”与A3的“IN33” 相连接： B.按照图141选择拨动开关： 图中：R1=200K、R2-=200K、R3=200K、R4=500K、R5=4.0K、R6=400K、 R7=10K、R8=10K、C1=2.0uF、C2=0.1uF 将A3的S5、S6、S10,A1的S4、S10,A4的S1、S8拨至开的位置： (3)连接虚拟示波器： 将实验电路A4的“OUT4”与示波器通道CH1相连接。 (4)输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测待校正线性系统的输出响应曲线，并记录曲 线的超调量a%和调节时间ts。 (5)运行待校正线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量·%和调 节时间s。 2.串联滞后校正 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A3、实验电路A4、实验电路A5。 加入串联滞后校正的线性系统模拟电路如图1-42所示，校正后系统的相角裕度 Y。=50.5°，滞后校正函数为： 0.48s+1 2.45+1 Ui CI 2.0UF 1U历 A4 图1-4-2串联滞后校正线性系统模拟电路(。=50.5°) (1)设置阶跃信号源 A.将阶跃信号区的选择开关拨至“0~5V”: B.将阶跃信号区的“0~5V”端子与实验电路A3的“IN32”端子相连接： C.按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0一5V”端子产生阶跃信号。 (2)搭建串联滞后校正线性系统模拟电路： A.将实验电路A3的“OUT”端子与实验电路A5的“IN51”端子相连接，将 A5的“OUT5”与A1的“NI2”端子相连接，将A1的“OUT”与A4的 “IN41”端子相连接，A4的“OUT4”与A3的“IN33”相连接： B.按照图14-2选择拨动开关：
A1 的“OUT1”与 A4 的“IN41”端子相连接，A4 的“OUT4”与 A3 的“IN33” 相连接； B．按照图 1-4-1 选择拨动开关： 图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=500K、R5＝4.0K、R6=400K、 R7=10K、R8=10K、C1=2.0uF、C2=0.1uF 将 A3 的 S5、S6、S10，A1 的 S4、S10，A4 的 S1、S8 拨至开的位置； （3） 连接虚拟示波器： 将实验电路 A4 的“ OUT4 ”与示波器通道 CH1 相连接。 （4） 输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测待校正线性系统的输出响应曲线,并记录曲 线的超调量σ% 和调节时间 ts。 （5） 运行待校正线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量σ% 和调 节时间 ts。 2．串联滞后校正 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路 A1、实验电路 A3、实验电路 A4、实验电路 A5。 加入串联滞后校正的线性系统模拟电路如图 1-4-2 所示，校正后系统的相角裕度 0 = 50.5 ，滞后校正函数为： 0.48 1 2.4 1 s s + + 。 图 1-4-2 串联滞后校正线性系统模拟电路( 0 = 50.5 ) （1） 设置阶跃信号源： A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”； B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路 A3 的“IN32”端子相连接； C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。 （2） 搭建串联滞后校正线性系统模拟电路： A．将实验电路 A3 的“OUT3”端子与实验电路 A5 的“IN51”端子相连接，将 A5 的“OUT5”与 A1 的“IN12”端子相连接，将 A1 的“OUT1”与 A4 的 “IN41”端子相连接，A4 的“ OUT4 ”与 A3 的“IN33”相连接； B．按照图 1-4-2 选择拨动开关：
图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=500K、R5=4.0K、R6-400K、 R7=10K、R8=10K、R9-960K、R10=240K、R11=960K、C1=2.0uF、C2-0.1uF、 的S、6s0,5的S小s8的404的9,3通 开的位置： (3)连接虚拟示波器： 将实验由路A4的“OT4#与示波器诵道CH1相连接」 (4) 输入阶跃信号， 通过虚拟示波器观测串联滞后校正线性系统的输出响应曲线，并 记录曲线的超调量%和调节时间5 (5) 运行串联滞后校正线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量σ% 和调节时间s。 3.串联超前校正 实验中 所用到的功能区域 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A3、实验电路A4、实验电路A6。 加入串联超前校正的线性系统模拟电路如图1-43所示，校正后系统的相角裕度 。=50.5°，超前校正函数为： 0.0493+1 0008g+1 R6400 20K 912005 43 R9 1.0U 411 人A6 A4 R8 A41R2 图1-4-3串联超前校正线性系统模拟电路(y。=50.5) (1)设置阶跃信号源： A.将阶跃信号区的选择开关拨至“0~5V”: B.将阶厭信号区的“05V”瑞子与实验电路A3的“N32”端子相连接 C.按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0~5V”端子产生阶跃信号。 (2) 搭建串联滞后校正线性系统模拟电路 A.将实验电路A3的“OUT3”端子与实验电路A6的“IN61”端子相连接，将 A6的“OUT6”与A1的“N12”端子相连接，将A1的“OUT1”与A4的 “N41”端子相连接，A4的“OUT4”与A3的“N33”相连接 B.按照图1-4-2选择拨动开关 图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=500K、R5=4.0K、R6=400K R7=10K、R8-10K、R9-41K、R10-8K、R11-41K、C1-2.0uF、C2-0.1uF、 C3=1.0uF
图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=500K、R5＝4.0K、R6=400K、 R7=10K、R8=10K、R9=960K、R10=240K、R11=960K、C1=2.0uF、C2=0.1uF、 C3=2.0uF 将 A3 的 S5、S6、S10，A5 的 S1、S8、A1 的 S4、S10，A4 的 S1、S8 拨至 开的位置； （3） 连接虚拟示波器： 将实验电路 A4 的“OUT4”与示波器通道 CH1 相连接。 （4） 输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测串联滞后校正线性系统的输出响应曲线,并 记录曲线的超调量σ% 和调节时间 ts。 （5） 运行串联滞后校正线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量σ% 和调节时间 ts。 3．串联超前校正 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路 A1、实验电路 A3、实验电路 A4、实验电路 A6。 加入串联超前校正的线性系统模拟电路如图 1-4-3 所示，校正后系统的相角裕度 0 = 50.5 ，超前校正函数为： 0.049 1 0.008 1 s s + + 。 图 1-4-3 串联超前校正线性系统模拟电路( 0 = 50.5 ) （1） 设置阶跃信号源： A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”； B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路 A3 的“IN32”端子相连接； C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。 （2） 搭建串联滞后校正线性系统模拟电路： A．将实验电路 A3 的“OUT3”端子与实验电路 A6 的“IN61”端子相连接，将 A6 的“OUT6”与 A1 的“IN12”端子相连接，将 A1 的“OUT1”与 A4 的 “IN41”端子相连接，A4 的“ OUT4 ”与 A3 的“IN33”相连接； B．按照图 1-4-2 选择拨动开关： 图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=500K、R5＝4.0K、R6=400K、 R7=10K、R8=10K、R9=41K、R10=8K、R11=41K、C1=2.0uF、C2=0.1uF、 C3=1.0uF
将A3的S5、S6、S10.A6的S7、S10、A1的S4、S10.A4的S1、S8拨至 开的位置： (3) 连接虚拟示波器 将实验电路A4的“OUT4”与示波器通道CH1相连接。 (4) 输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测串联超前校正线性系统的输出响应曲线，并 记录曲线的超调量。%和调节时间t5。 (5) 运行串联超前校正线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量σ% 和调节时间ts。 4.串联PD校正 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A3、实验电路A4、实验申路A6。 加入串联PD校正的线性系统模拟电路如图144所示 R1】8 OR C120U A4 图1-44串联PD校正线性系统模拟电路 (1)设置阶跃信号源： A.将阶跃信号区的选择开关拨至“0~5V” B.将阶跃信号区的“0一5V”端子与实验电路A3的“I32”端子相连接 C.按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0~一5V”端子产生阶跃信号。 (2)搭建串联PD校正线性系统模拟电路： A.将实验电路A3的“OUT3”瑞子与实验电路A6的“N63”瑞子相连接，将 A6的“OUT6”与A1的“NI2”端子相连接，将A1的“OUT1”与A4的 “IN41”端子相连接，A4的“OUT4”与A3的“N33”相连接： B.按照图14-2选择拨动开关： 图中.R1=200K.R2=200R1=200.R4=500KR5=40K.R6=400K R7=10K、R8=10K、R9=100K、R10=10K、RI1=8.2K、R12=20、C1=2.0uF C2-0.1uF、C3=1.0uF 将A3的S5、S6、S10,A6的S1、S8、A1的S4、S10,A4的S1、S8拨至 开的位置： (3)连接虚拟示波器： 将实验电路A4的“OUT4”与示波器通道CH1相连接
将 A3 的 S5、S6、S10，A6 的 S7、S10、A1 的 S4、S10，A4 的 S1、S8 拨至 开的位置； （3） 连接虚拟示波器： 将实验电路 A4 的“OUT4”与示波器通道 CH1 相连接。 （4） 输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测串联超前校正线性系统的输出响应曲线,并 记录曲线的超调量σ% 和调节时间 ts。 （5） 运行串联超前校正线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量σ% 和调节时间 ts。 4．串联 PD 校正 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路 A1、实验电路 A3、实验电路 A4、实验电路 A6。 加入串联 PD 校正的线性系统模拟电路如图 1-4-4 所示 图 1-4-4 串联 PD 校正线性系统模拟电路 （1） 设置阶跃信号源： A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”； B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路 A3 的“IN32”端子相连接； C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。 （2） 搭建串联 PD 校正线性系统模拟电路： A．将实验电路 A3 的“OUT3”端子与实验电路 A6 的“IN63”端子相连接，将 A6 的“OUT6”与 A1 的“IN12”端子相连接，将 A1 的“OUT1”与 A4 的 “IN41”端子相连接，A4 的“ OUT4 ”与 A3 的“IN33”相连接； B．按照图 1-4-2 选择拨动开关： 图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=500K、R5＝4.0K、R6=400K、 R7=10K、R8=10K、R9=100K、R10=10K、R11=8.2K、R12=20、C1=2.0uF、 C2=0.1uF、C3=1.0uF 将 A3 的 S5、S6、S10，A6 的 S1、S8、A1 的 S4、S10，A4 的 S1、S8 拨至 开的位置； （3） 连接虚拟示波器： 将实验电路 A4 的“OUT4”与示波器通道 CH1 相连接
(4)输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测串联D校正线性系统的输出响应曲线，并记 录曲线的超调量σ%和调节时间S。 (5)运行串联PD校正线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量。% 和调节时间ts: 四.实验结果 根据实验结果填写下表 超调量% 调节时间s 理想响应曲线 实测响应曲线 理想值实测值理想值实测值 待校正 滞后校正 超前校正 PD校正
（4） 输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测串联 PD 校正线性系统的输出响应曲线,并记 录曲线的超调量σ% 和调节时间 ts。 （5） 运行串联 PD 校正线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量σ% 和调节时间 ts。 四．实验结果 根据实验结果填写下表 理想响应曲线 实测响应曲线 超调量σ% 调节时间 ts 理想值 实测值 理想值 实测值 待校正 滞后校正 超前校正 PD 校正