1、控制理论：实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真1. 比例（P）环节1.1 实验电路图中后一个单元为反相器，其中 R0=200K。1.2 实验设备阶跃信号发生器(单位阶跃输入 )；电路单元 U6，U 12；直流数字电压表(测输入电压) ；“THBDC-1”软件1.3 实验数据及实验响应曲线R1=100K，R 2=200K(K=2)，R 0=200K 时红色曲线为输入 ui，蓝色曲线为输出 uo。注：为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数(一般调至刻度 2)和“ ” 按钮(时基自动)，以下实验同样。2. 积分（I）环节2.1 实验电路图中后一个单元为反相器，其中 R0=200K。
2、2.2 实验设备阶跃信号发生器(单位阶跃输入 )，电路单元 U6，U 12，直流数字电压表(测输入电压) ， -+R1 R2ui -+R0 R0 uo-+RCui -+R0 R0 uo“THBDC-1”软件2.3 实验数据及实验响应曲线R=100K，C=10 uF ，R 0=200K ，(T=RC=100K10uF=1)时 , 红色曲线为输入 ui，蓝色曲线为输出 uo。注：当实验电路中有积分环节时，实验前一定要用锁零单元进行锁零。3. 比例积分(PI)环节3.1 实验电路图中后一个单元为反相器，其中 R0=200K。3.2 实验设备阶跃信号发生器(单位阶跃输入 )，电路单元 U6，U 12，
3、直流数字电压表(测输入电压) ， “THBDC-1”软件3.3 实验数据及实验响应曲线R1=100K，R 2=100K，C=10uF ，R 0=200K ，(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K10uF=1)时红色曲线为输入 ui，蓝色曲线为输出 uo。4. 比例微分(PD)环节4.1 实验电路图中后一个单元为反相器，其中 R0=200K。4.2 实验设备阶跃信号发生器(单位阶跃输入 )，电路单元 U6，U 12，U 2 直流数字电压表( 测输入电压)， “THBDC-1”软件4.3 实验数据及实验响应曲线R1=100K，R 2=200K，C=1uF ，R 0=200K ，(K= R2
4、/ R1=1,T=R1C=100K10uF=1)采样频率为 150k 时红色曲线为输入 ui，蓝色曲线为输出 uo。注：观测曲线时可适当调节虚拟示波器的分频系数滑动块，并适时将工具栏上的“时基自动” 按钮选择为时基固定。5. 比例积分微分(PID)环节5.1 实验电路图中后一个单元为反相器，其中 R0=200K。5.2 实验设备阶跃信号发生器(单位阶跃输入 )，电路单元 U6，U 12 直流数字电压表(测输入电压) ， “THBDC-1”软件5.3 实验数据及实验响应曲线R1=100K，R 2=100K，C 1=1uF、C 2=1uF (K= (R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=2,T
5、I=R1C2=100K1uF=0.1，T D=R2C1=100K1uF=0.1)时.红色曲线为输入 ui，蓝色曲线为输出 uo。注：观测曲线时可适当调节虚拟示波器的分频系数滑动块，并适时将工具栏上的“时基自动” 按钮选择为时基固定。6. 惯性环节6.1 实验电路图中后一个单元为反相器，其中 R0=200K。6.2 实验设备阶跃信号发生器(单位阶跃输入 )，电路单元 U6，U 12 直流数字电压表(测输入电压) ， “THBDC-1”软件6.3 实验数据及实验响应曲线 R1=100K，R 2=100K，C=1uF(K= R 2/ R1=1,T=R2C=100K1uF=0.1)时；红色曲线为输入
6、ui，蓝色曲线为输出 uo。实验二 二阶系统的瞬态响应1 、实验电路二阶系统的模拟电路图图中后一个单元为反相器，Rx 阻值可调范围为 0470K。2、 实验单元阶跃信号发生器(单位阶跃输入 )，电路单元 U7，U 10，U 13，U 9 直流数字电压表(测输入电压) ， “THBDC-1”软件3、实验数据及实验响应曲线3.1 C=1uF，R=100K 时1）当可调电位器 RX=250K 时红色曲线为输入 ui，蓝色曲线为输出 uo。实际超调量约为：50% 左右 （理论值为：53%）2）当可调电位器 RX=70.7K 时红色曲线为输入 ui，蓝色曲线为输出 uo。实际超调量约为：3.9% (理论
7、值为：4.3%)3）若可调电位器 RX=50K 时4）若可调电位器 RX=25K 时3.2 C=10uF，R =100K 时1）若可调电位器 RX=250K 时3.3 C=0.1uF，R=100K 时1）若可调电位器 RX=250K 时实验三 高阶系统的瞬态响应和稳定性分析1 实验电路1） 若 K=5 时系统稳定，电路中的参数取：R X=100K。.2） 若 K=12 时系统稳定，电路中的参数取：R X=42.5K。 （R X=47K）3） 若 K=20 时系统稳定，电路中的参数取：R X=25K。实验四 线性定常系统的稳态误差1. 0 型二阶系统1.1. 实验电路图中后一个单元为反相器。2、
8、 实验单元阶跃信号发生器(单位阶跃输入 )，电路单元 U7，U 9，U 11，U 6 直流数字电压表(测输入电压) ， “THBDC-1”软件1.3 实验数据及实验曲线1） 单位阶跃信号时2） 单位斜坡信号时注：单位斜坡信号的产生可通过一个积分环节(时间常数为 1S)和一个反相器完成，如下图所示。2. 型二阶系统2.1. 实验电路图中后一个单元为反相器。2.2 实验单元阶跃信号发生器(单位阶跃输入 )，电路单元 U7，U 9，U 11，U 6 直流数字电压表(测输入电压) ， “THBDC-1”软件2.3 实验数据及实验曲线1） 单位阶跃信号时2） 单位斜坡信号时3. II 型二阶系统3.1.
9、 实验电路3.2 实验单元输入信号单元：阶跃信号发生器(单位阶跃输出)电路单元：U 7、U 9、U 10、U 7直流数字电压表(测输入电压 )上位机软件3.3 实验数据及实验曲线1）单位斜坡信号时注：单位斜坡信号的产生可通过一个积分环节(时间常数为 1S)和一个反相器完成。2） 单位抛物线信号时实验五 典型环节和系统频率特性的测量1、惯性环节2、二阶系统当 RX=100K 时当 RX=10K 时3、无源超前滞后环节实验六 线性定常系统的串联校正1、零极点对消法(时域法)1.1 实验电路校正前校正后 4.7uF=C10K,R4,=20K,R=31421.2 实验设备阶跃信号发生器(单位阶跃输入
10、)，电路单元 U7，U 9，U 11，U 2，U 6 直流数字电压表(测输入电压) ， “THBDC-1”软件1.3 实验数据及实验曲线校正前红色曲线为输入 ui，蓝色曲线为输出 uo， 稳态时偏差为 0。超调量： 左右；%63p校正后红色曲线为输入 ui，蓝色曲线为输出 uo， 稳态时偏差为 0。超调量： (理论%8.17p值为 左右，这是由于校正环节的各参数取近似值所致)%3.16另一种校正，更准（7，9，10，11，6）2、期望特性校正法(频域法)2.1 实验电路校正前校正后2.3 实验数据及实验曲线校正前（7，9，11，6）红色曲线为输入 ui，蓝色曲线为输出 uo， 稳态时偏差为 0
11、.34。校正后（7，9，11，12，6）实验七 典型非线性环节的静态特性1. 继电器型非线性环节1.1 实验电路1.2 实验设电路单元 U5， “THBDC-1”软件1.3 实验数据及实验曲线(X 轴为输入信号 ui，Y 轴为输出信号 uo)1） 当 47K 可调电位器调节至约 1.8K(M=1)时；实测值 M=1.12） 当 47K 可调电位器调节至约 3. 6K(M=2)时；实测值 M=2.13） 当 47K 可调电位器调节至约 5.4K(M=3)时；实测值 M=3.24） 当 47K 可调电位器调节至约 10K 时；实测值 M=6.162. 饱和型非线性环节2.1 实验电路2.2 实验单
12、元输入信号单元：低频信号发生器(V p-Vp:16V，频率:10Hz)- Vp-Vp 用上位机软件测量；频率用低频频率计测量电路单元：非线性单元直流数字电压表(测电压)上位机软件(X-Y 显示方式)2.3 实验数据及实验曲线(X 轴为输入信号 ui，Y 轴为输出信号 uo)以下均为前一级运放中的电位器值调至 10K1）当后一级运放中的电位器值调至约 1.8K(M=1.06; k 约为 0.18)时；2）当后一级运放中的电位器值调至约 3.6K(M=2.17;k 约为 0.36)时；3）当后一级运放中的电位器值调至约 5.4K(M=3.16;k 约为 0.54)时；4） 当后一级运放中的电位器值
13、调至约 10K(M=5.96;k 约为 1)时；3. 死区特性非线性环节3.1 实验电路3.2 实验单元输入信号单元：低频信号发生器(V p-Vp:16V，频率:10Hz)- Vp-Vp 用上位机软件测量；频率用低频频率计测量电路单元：非线性单元直流数字电压表(测电压)上位机软件(X-Y 显示方式)3.3 实验数据及实验曲线(X 轴为输入信号 ui，Y 轴为输出信号 uo)1）E 值采用15V。调节两个可变电位器，当两个 R1=2.0K，R 2=8.0K(理论值： ; )时；Vi5.18.0k实测值 ;Vuio58.176.0k2） 调节两个可变电位器，当两个 R1=2.5K，R 2=7.5K
14、(理论值： ; )时； Vuio3.575.0k实测值 ; ；E 值采用15V。Vuio35.72.0k注: 实际测量时的死区电压应是 和二极管的导通电压(约 0.3V)之和。iou3） 调节两个可变电位器，当两个 R1=3.3K，R 2=6.6K( ; )时；Vuio5.7.0kE 值采用15V。实测值： 1 Vio3.74. 具有间隙特性非线性环节4.1 实验电路4.2 实验单元输入信号单元：低频信号发生器(V p-Vp:16V，频率:10Hz)- Vp-Vp 用上位机软件测量；频率用低频频率计测量电路单元：U 4 、U 13直流数字电压表(测电压)上位机软件(X-Y 显示方式)4.3 实
15、验数据及实验曲线(X 轴为输入信号 ui，Y 轴为输出信号 uo)1） 调节两个可变电位器，当两个 R1=2.0K，R 2=8.0K 时；2） 调节两个可变电位器，当两个 R1=2.5K，R 2=7.5K 时；4） 调节两个可变电位器，当两个 R1=3.3K，R 2=6.6K 时；注意：1）由于元件（二极管、电阻等）参数数值的分散性，造成电路不对称，因而引起电容上电荷累积，影响实验结果，故每次实验启动前，需对电容进行短接放电。2）本实验的E 值也可采用 5V。实验八 非线性系统的描述函数法1. 继电器型非线性三阶系统1.1 实验电路没有加入继电器型非线性环节时加入继电器型非线性环节后1.2 实
16、验单元输入信号单元：阶跃信号发生器(单位阶跃输出)电路单元： 加入继电器型非线性环节前 U3、U 5、U 9、U 11加入继电器型非线性环节后 U3、U 5、U 9、U 11、非线性单元直流数字电压表(测输入电压 )上位机软件1.3 实验数据及实验曲线（7，9，13，15，5，6）1） 加入继电器型非线性环节前红色曲线为输入 ui，绿色曲线为输出 uo，稳态时偏差为 0。超调量： %4.13p2） 加入继电器型非线性环节后(自振荡频率：0.5Hz)1)当 47K 可调电位器调节到 1.8K 左右( 继电型非线性的特性参数 M=1)时；红色曲线为输入 r=1V(单位阶跃信号)u i，绿色曲线为输
17、出 uo，自振荡频率：0.49(理论值0.5)Hz；振荡幅值：0.168V(理论值 0.18)2)当 47K 可调电位器调节到 3.6K 左右 (继电型非线性的特性参数 M=2)时；红色曲线为输入 r=1V(单位阶跃信号)u i，绿色曲线为输出 uo，自振荡频率：0.49(理论值0.5)Hz；振荡幅值：0.354V(理论值 0.36)2. 饱和型非线性三阶系统2.1 实验电路没有加入饱和型非线性环节时加入饱和型非线性环节后2.2 实验单元输入信号单元：阶跃信号发生器(单位阶跃输出)电路单元： 加入饱和型型非线性环节前 U3、U 5、U 9、U 11加入饱和型型非线性环节后 U3、U 5、U 9
18、、U 11、非线性单元直流数字电压表(测输入电压 )上位机软件2.3 实验数据及实验曲线2.3.1 没有加入饱和型非线性环节1）按照实验指导书上的原图得到如下波形红色曲线为输入 r=1V(单位阶跃信号)u i，绿色曲线为输出 uo 2.3.2 加入饱和型非线性环节后1） 当非线性环节的第一级 470K 调至 55.6K 时(k=1，S=1；M= kS)红色曲线为输入 r=1V(单位阶跃信号)u i，绿色曲线为输出 uo 自振荡频率：0.49(理论值 0.5)Hz2）将加入饱和型非线性环节后的电路中第五个运放单元的 100K 电阻更换为 510K 电阻后系统自振荡消失，超调量 系统呈稳定运行，稳
19、态偏差为 0。%6.35p2.3.2.2 1）在步骤 2.3.2.1 的基础上将非线性环节的第一级 470K 调至 20K 时，系统自振荡消失，系统呈稳定运行，稳态偏差为 0。实验九 非线性系统的相平面分析法1. 未加速度反馈的继电器型非线性闭环系统1.1 实验电路2.2 实验单元（U 7、U 5、U 13、U 15、U 6）输入信号单元：阶跃信号发生器(单位阶跃输出)电路单元： U3、U 9、U 13、非线性单元直流数字电压表(测输入电压 )上位机软件2.3 实验数据及实验曲线1.1 当 47K 可调电位器调节至约 1.8K(M=1)时；注：显示时，X 轴( )与 Y( )轴均放大 3 倍；
20、系统的超调量为 35%左右；稳态偏差为 0。e1.2 当 47K 可调电位器调节至约 3. 6K(M=2)时；注：显示时，X 轴( )与 Y( )轴均放大 3 倍；系统的超调量为 48.6%左右；稳态偏差为e0。1.3 当 47K 可调电位器调节至约 5.4K(M=3)时；注：显示时，X 轴( )与 Y( )轴均放大 3 倍；系统的超调量为 51.7%左右；稳态偏差为e0。2. 带有速度负反馈的继电器型非线性闭环控制系统2.1 实验电路2.2 实验单元（ U7、U 9、U 5、U 13、U 15、U 16、U 6）输入信号单元：阶跃信号发生器(单位阶跃输出)电路单元： U7、U、U 9、U 1
21、2、U 13、非线性单元直流数字电压表(测输入电压 )上位机软件2.3 实验数据及实验曲线(M=1 时)1） R1=500K，R 2=100K( )时；2.0注：系统的超调量为 24.3%左右；稳态偏差为 0。2）R 1=200K，R 2=100K( )时；5.02.4 实验数据及实验曲线(M=2 时)1） R1=500K，R 2=100K( )时；2.02） R1=200K，R 2=100K( )时；2.03. 饱和型非线性控制系统3.1 实验电路3.2 实验单元(U 7、U 5、U 13、U 15、U 6)输入信号单元：阶跃信号发生器(单位阶跃输出)电路单元： U3、U 9、U 13、非线性单元直流数字电压表(测输入电压 )上位机软件3.3 实验数据及实验曲线(K=1 时)1） 当后一技运放中的电位器值调至约 1.8K(M=1)时；注：显示时，X 轴( )与 Y( )轴均放大 3 倍；无超调量；稳态偏差为 0。e2）当后一级运放中的电位器值调至约 3.6K(M=2)时；注：显示时，X 轴( )与 Y( )轴均放大 3 倍；超调量约为 18.8%；稳态偏差为 0。e3.3.3 当后一级运放中的电位器值调至约 5.4K(M=3)时；
