一、实验目的
1．研究二阶系统的特征参数如阻尼比
能的影响；定量分析 系。
2．进一步学习实验系统的使用方法。
3．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。 二、实验仪器
1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验原理
1．模拟实验的基本原理：
控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 2. 时域性能指标的测量方法：超调量?%：
1) 启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2) 测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
3) 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 4) 在实验课题下拉菜单中选择实验二[二阶系统阶跃响应] 。
5) 鼠标双击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设置窗口中设置相
应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。
和
n
和无阻尼自然频率
n
对系统动态性
与最大超调量Mp、调节时间tS之间的关
6) 利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，带入下式算出
超调量：
YMAX - Y∞
?%=——————×100% Y∞
tP与ts:利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳
态值所需的时间值，便可得到tP与ts。 四、实验内容
典型二阶系统的闭环传递函数为
2n
（S）= （1）
2
s2＋2ns＋n
其中
和
n
对系统的动态品质有决定的影响。
图2-1为典型二阶系统的模拟电路，要求测量其阶跃响应：
图2-1 二阶系统模拟电路图
电路的结构图如图2-2：
图2-2 二阶系统结构图
系统闭环传递函数为
（2）
式中 T=RC，K=R2/R1。比较（1）、（2）二式，可得 （3）
由（3）式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。改变RC值可以改变无阻尼自然频率
今取R1=200K，R2=100K100K，电容C分别取1五、实验步骤
1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 2.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
4.在实验课题下拉菜单中选择实验二[二阶系统阶跃响应], 鼠标双击该选项弹出实验课题参数窗口。 5.取
n
n
n
=1/T=1/RC =K/2=R2/2R1
。 和200K
，可得实验所需的阻尼比。电阻R取
n
f和0.1f,可得两个无阻尼自然频率。
=10rad/s, 即令R=100K，C=1f；分别取、400K
=、1、2，即取
R1=100K不同的
，R2分别等于100K、200K。输入阶跃信号，测量
%和调节
时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量
时间ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。 6.取
=,即取R1=R2=100K
；
n
=100rad/s, 即取R=100K，改变电路中
的电容C=0.1f(注意：二个电容值同时改变)。输入阶跃信号测量系统
%和调节时间ts。
,调节电阻R2=50K
。
阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量7.取R=100K
；改变电路中的电容C=1
f,R1=100K
输入阶跃信号测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录tp和数值。
8.测量二阶系统的阶跃响应并记入表中： 实验结果 参数 R1=100K R2=0K ζ=0 R1=100K R =100K C =1μf ωn=10rad/s R2=50K ζ= R1=100K R2=100K ζ= R1=50K R2=200K ζ=2 R1= 100K %的
σ% tp（ms） ts（ms） 阶跃响应曲线 R1=100K C1=C2=μf ωn=100rad/s R2=100K ζ= R1=50K R2=200K ζ=2 六、实验报告
1.画出二阶系统的模拟电路图,讨论典型二阶系统性能指标与ζ,ωn的关系. 2.把不同和n条件下测量的%和ts值列表,根据测量结果得出相应结论. 3.画出系统响应曲线,再由ts和%计算出传递函数,并与由模拟电路计算的传递函数相比较。
实验三 系统频率特性测量
一、实验目的
1．加深了解系统及元件频率特性的物理概念。 2．掌握系统及元件频率特性的测量方法。 二、实验仪器
1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验内容
1．模拟电路图及系统结构图分别如图3-1和图3-2。
图3-1 系统模拟电路图
图 3-2 系统结构图
2．系统传递函数 取R3=500k
，则系统闭环传递函数为
U2（S） 500 φ（S）= =
U1（S） S2+10S+500 若输入信号U1（t）=U1sin
U2（t）=U2sin（改变输入信号角频率
t+
t,则在稳态时，其输出信号为
）。
随
变化的数值，这个变
值，便可测得多组U2/U1和
化规律就是系统的幅频特性和相频特性。
四、实验步骤
1. 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 2. 启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 3. 测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 测频率图
4. 选中 [实验课题→系统频率特性测量→可测性检查] 菜单项,鼠标双击将弹出参数设置窗口。参数设置完成后点确认等待观察波形，如图3－3所示。
图3－3检查性信号波形图
测波特图
5. 在测量波特图的过程中首先应选择 [实验课题→系统频率特性测量→数
据采集] 采集信息。如图3－4所示
图3－4 数据采集
6. 待数据采样结束后点击 [实验课题→系统频率特性测量→波特图观测] 即可以在显示区内显示出所测量的波特图。
7. 按下表测量各点频率特性的实测值并计算相应的理论值。
F(hz) 五、实验报告
1. 画出被测系统的结构和模拟电路图,计算其传递函数,根据传递函数绘
制Bode图。
2. 整理上表中的实验数据，并算出理论值和实测值。 3. 根据实测值画出闭环系统的Bode图。
ω(rad/s) 理论值 L(ω) φ(ω) 实测值 L(ω) φ(ω)
实验四 连续系统串联校正
一、实验目的
1. 加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。
2. 对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性。 二、实验仪器
1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验内容 串联超前校正
（1）系统模拟电路图如图4-1，图中开关S断开对应未校情况，接通对应
超前校正。
图4-1 超前校正电路图
（2）系统结构图如图4-2
图4-2 超前校正系统结构图图中 Gc1（s）=2
2（+1） Gc2（s）=
+1
四、实验步骤
1.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 超前校正
3.连接被测量典型环节的模拟电路(图4-1)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。
4.开关s放在断开位置。
5.选中 [实验课题→ 连续系统串联校正→超前校正] 菜单项,鼠标双击将弹出参数设置窗口。系统加入阶跃信号。参数设置完成后鼠标单击确认测量系统阶跃响应，并记录最大超调量Mp和调节时间ts。
6.开关s接通，重复步骤5,将两次所测的波形进行比较。并将测量结果记入下表中：
超前校正系统 指标 校正前 校正后 阶跃响应曲线 Mp tp（秒） ts（秒） 五、实验报告
1．计算串联校正装置的传递函数 Gc(s)和校正网络参数。
2．画出校正后系统的对数坐标图，并求出校正后系统的ωc及γ 。
3．比较校正前后系统的阶跃响应曲线及性能指标，说明校正装置的作用。
实验二----二阶系统阶跃响应
