实验五线性系统校正 一.实验目的 1.掌握二阶线性系统的反馈校正和三阶线性系统的滞后超前校正： 2.研究校正装置对系统性能的影响： 3.对线性系统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。%和调节时间s 2.加入校正环节，观测校正后的系统响应波形，记录超调量σ%和调节时间s: 3.运行线性系统校正的仿真软件，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,待校正二阶线性系统 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A2、实验电路A3。 待校正二阶线性系统模拟电路如图1-51所示，系统开环传递函数为：01025+) 12.5 K=3125,阳环传造通数+20++5中1255=02，@=125. 1.0u R6200K A3 下A2 /A2 图1-5-1待校正二阶线性系统模拟电路 (1)设置阶跃信号源： 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)搭建待校正二阶线性系统模拟电路： A.将实验电路A3的“OUT3”端子与实验电路A1的“N11”、“IN13”两端子
实验五 线性系统校正 一．实验目的 1．掌握二阶线性系统的反馈校正和三阶线性系统的滞后超前校正； 2．研究校正装置对系统性能的影响； 3．对线性系统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．待校正二阶线性系统 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 A2、实验电路 A3。 待校正二阶线性系统模拟电路如图 1-5-1 所示，系统开环传递函数为： 0.1 (0.2 1) K s s + ， K = 3.125 ，闭环传递函数： 2 2 2 2 2 2 12.5 2 5 12.5 n n n s s s s = + + + + ， = 0.2 ， 12.5 n = 。 图 1-5-1 待校正二阶线性系统模拟电路 （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） 搭建待校正二阶线性系统模拟电路： A．将实验电路 A3 的“OUT3”端子与实验电路 A1 的“IN11”、“IN13”两端子
同时连接，将A1的“OUT1”与A2的“IN21”端子相连接，A2的“OUT2” 与A3的“N33”相连接. B.按照图1-5-1选择拨动开关 图中：R1=200K、R2=200K R3=200K、R4=100K、R5=64K、R6=200K R7=10K、R8=10K、C1=l.0uF、C2=l.0ufF 将A3的S5、S6、S10,A1的S3、S6、S9,A2的S3、S8、S13拨至开位置： (3)连接虚拟示波器： 将实验电路A2的“OUT2”与示波器通道CHl相连接。 (4)输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测待校正二阶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5。 (5)运行待校正二阶线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量。% 和调节时间s。 2。反馈校正二阶线性系统 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A2、实验电路A3、实验电路AM。 反镜校正二阶线性系统模拟电路如图1-52所示，反馈校正网络：0035十 05e41 110U R6200K 200 A3 K A2 /A2 A41 C3 图1-5-2反馈校正二阶线性系统模拟电路 (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) 搭建反馈校正 阶线性系统模拟电路 A.将实验电路A3的“OUT3”端子与实验电路A1的“IN1”、“N13”两端子 同时连接，将A1的“OUT”与A2的“N21”端子相连接，A2的“OUT2 与A4的“IN41”相连接，将A4的“OUT4”与A3的“IN33”端子相连接： B.按照图1-5-2选择拨动开关 图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=100K、R5=64K、R6=200K R7=10K、R8=10K、R9-470K、R10=30K、R11=470K、C1-1.0uF、C2-1.0uF、 C3=1.0uF
1 同时连接，将 A1 的“OUT1”与 A2 的“IN21”端子相连接，A2 的“OUT2” 与 A3 的“IN33”相连接； B．按照图 1-5-1 选择拨动开关： 图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=100K、R5＝64K、R6=200K、 R7=10K、R8=10K、C1=1.0uF、C2=1.0uF 将 A3 的 S5、S6、S10，A1 的 S3、S6、S9，A2 的 S3、S8、S13 拨至开位置； （3） 连接虚拟示波器： 将实验电路 A2 的“ OUT2 ”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二阶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） 运行待校正二阶线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量σ% 和调节时间 ts。 2．反馈校正二阶线性系统 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 A2、实验电路 A3、实验电路 A4。 反馈校正二阶线性系统模拟电路如图 1-5-2 所示，反馈校正网络： 0.5 1 0.03 1 s s + + 图 1-5-2 反馈校正二阶线性系统模拟电路 （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） 搭建反馈校正二阶线性系统模拟电路： A．将实验电路 A3 的“OUT3”端子与实验电路 A1 的“IN11”、“IN13”两端子 同时连接，将 A1 的“OUT1”与 A2 的“IN21”端子相连接，A2 的“ OUT2” 与 A4 的“IN41”相连接，将 A4 的“OUT4”与 A3 的“IN33”端子相连接； B．按照图 1-5-2 选择拨动开关： 图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=100K、R5＝64K、R6=200K、 R7=10K、R8=10K、R9=470K、R10=30K、R11=470K、C1=1.0uF、C2=1.0uF、 C3=1.0uF
将A3的S5、S6、S10.A1的S3、S6、S9.A2的S3、S8、S13.A4的S3 S10拨至开位置： (3)连接虚拟示波器 将实验电路A2的“OUT2”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反馈校正二阶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) 运行反馈校正二阶线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量% 和明节时间s 3.待校正三阶线性系统 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2、实验电路M、实验电路A5 待校正三阶线性系统模拟电路如图1-5-3所示，系统开环传递函数为： ，K=50 s(0.12s+10(0.02s+1) 已11 R51203 Ui RI A A2 图1-5-3待校正三阶线性系统模拟电路 (1) 设置阶跃信号源： A.将阶跃信号区的选择开关拨至“0一5V”: B.将阶跃信号区的“0一5V”瑞子与实验电路A5的“IN52”端子相连接： C.按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“05V”端子产生阶跃信号 (2)搭建待校正三阶线性系统模拟电路： A. 将实验电路A5的“OUT”端子与实验电路A1的“NI1”端子相连接，将 A1的“OUT1”与A2的“N21”端子相连接，A2的“OUT2”与A4的“IN41 端子相连接，A4的“OUT4”A5的“IN53”相连接： B.按照图1-5-3选择拨动开关： 图中：R1=100K、R2=100K、R3=100K、R4200K、R5=160K、R6=120K R7=1.5K、R8=20K、R9=10K、R10=10K、C1=1.0uF、C2=1.0uF 、C3=1.0u 将A5的S5、S7、S9,A1的S3、S9,A2的S2、S10,A4的S2、S9拨至开 位置， (3)连接虚拟示波器： 2
2 将 A3 的 S5、S6、S10，A1 的 S3、S6、S9，A2 的 S3、S8、S13，A4 的 S3、 S10 拨至开位置； （3） 连接虚拟示波器： 将实验电路 A2 的“ OUT2 ”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反馈校正二阶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） 运行反馈校正二阶线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量σ% 和调节时间 ts。 3．待校正三阶线性系统 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 A2、实验电路 A4、实验电路 A5。 待 校 正 三 阶 线 性 系 统 模 拟 电路如图 1-5-3 所 示 ， 系 统 开 环 传 递 函 数 为 ： (0.12 1)(0.02 1) K s s s + + ， K = 50 图 1-5-3 待校正三阶线性系统模拟电路 （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 A5 的“IN52”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） 搭建待校正三阶线性系统模拟电路： A．将实验电路 A5 的“OUT5”端子与实验电路 A1 的“IN11”端子相连接，将 A1 的“OUT1”与 A2 的“IN21”端子相连接，A2 的“OUT2”与 A4 的“IN41” 端子相连接，A4 的“ OUT4”A5 的“IN53”相连接； B．按照图 1-5-3 选择拨动开关： 图中：R1=100K、R2=100K、R3=100K、R4=200K、R5＝160K、R6=120K、 R7=1.5K、R8=20K、R9=10K、R10=10K、C1=1.0uF、C2=1.0uF、C3＝1.0uF 将 A5 的 S5、S7、S9，A1 的 S3、S9，A2 的 S2、S10，A4 的 S2、S9 拨至开 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三阶线性系统的输出响应曲线，并记 录曲线的超调量σ%和 (5) 遇节时间5 运行待校正三阶线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量·% 和调节时间ts。 4.滞后超前校正三阶线性系统 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波 、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3、实验电路M、 实验电路A5、实验电路A6. 滞后超前校正三阶线性系统模拟电路如图1-5-4所示，滞后超前校正函数： (0.25s+100.12s+1） 其中实验电路A6搭建超前环节，A3搭建滞后环节 1.33s+100.022s+ g 图1-5-4滞后超前校正三阶线性系统模拟电路 (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A5的“IN52”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)搭建滞后超前校正三阶线性系统模拟电路： A.将实验电路A5的“OUT5”端子与实验电路A6的“N61”端子相连接，将 A6的“OUT6”与A3的“IN31”端子相连接，A3的“OUT3”与A1的“IN11 端子相连接，A1的“OUT1”与A2的“IN21”端子相连接，A2的“OUT2 与A4的“IN41”端子相连接，A4的“OUT4”A5的“N53”相连接： B.按照图1-5-4选择拨动开关： 图中：R1=100K、R2=100K、R3=100K、R4=200K、R5=160K、R6=120K R7=.5K、R8=20K、R9-=10K、R10=10K、R1=100K、RI2=20K、RI3=100K R14=540K、R15=125K、R16-540K、C1=1.0uF、C2=1.0uF、C3=1.0uF、 C4=1.0uF、C5=2.0uF 将A5的S5、S7、S9,A6的S2、S9,3的S3、S11,A1的S3、S9,A2 的S2、S10,A4的S2、S9拨至开位置： (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滞后超前校正三阶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
3 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三阶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） 运行待校正三阶线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调量σ% 和调节时间 ts。 4．滞后超前校正三阶线性系统 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 A2、实验电路 A3、实验电路 A4、 实验电路 A5、实验电路 A6。 滞后超前校正三阶线性 系统模拟电路如 图 1-5-4 所示，滞 后超前校正函数： (0.25 1)(0.12 1) (1.33 1)(0.022 1) s s s s + + + + ，其中实验电路 A6 搭建超前环节，A3 搭建滞后环节 图 1-5-4 滞后超前校正三阶线性系统模拟电路 （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 A5 的“IN52”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） 搭建滞后超前校正三阶线性系统模拟电路： A．将实验电路 A5 的“OUT5”端子与实验电路 A6 的“IN61”端子相连接，将 A6 的“OUT6”与 A3 的“IN31”端子相连接，A3 的“OUT3”与 A1 的“IN11” 端子相连接，A1 的“OUT1”与 A2 的“IN21”端子相连接，A2 的“OUT2” 与 A4 的“IN41”端子相连接，A4 的“ OUT4”A5 的“IN53”相连接； B．按照图 1-5-4 选择拨动开关： 图中：R1=100K、R2=100K、R3=100K、R4=200K、R5＝160K、R6=120K、 R7=1.5K、R8=20K、R9=10K、R10=10K、R11=100K、R12=20K、R13=100K、 R14=540K、R15＝125K、R16=540K、C1=1.0uF、C2=1.0uF、C3＝1.0uF、 C4=1.0uF、C5＝2.0uF 将 A5 的 S5、S7、S9，A6 的 S2、S9，A3 的 S3、S11，A1 的 S3、S9，A2 的 S2、S10，A4 的 S2、S9 拨至开位置； （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滞后超前校正三阶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)运行滞后超前校正三阶线性系统软件仿真，记录理想输出响应曲线的波形、超调 量o%和调节时间s。 四.实验结果 根据实验结果填写下表 超调量σ%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 二阶系统 反馈校正 二阶系统 待校正 三阶系统 超前反债 校正三阶 系统
4 （5） 运行滞后超前校正三阶线性系统软件仿真，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 二阶系统 反馈校正 二阶系统 待校正 三阶系统 超前反馈? 校正三阶 系统
