实验1模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验
一、实验目的
根据等效仿真原理，利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器, 以干电池作为输入信号，研究控制系统的阶跃时间响应。

二、实验内容
研究一阶与二阶系统结构参数的改变，对系统阶跃时间响应的影响。

三、实验结果及理论分析
1.一阶系统阶跃响应
a. 电容值1uF，阶跃响应波形：
b. 电容值2.2uF，阶跃响应波形:
c. 电容值4.4uF，阶跃响应波形:
2•—阶系统阶跃响应数据表
U r= -2.87V R°=505k? R i=500k? R2=496k 其中
T = R2C
U c C：)=「(R/R2)U r 误差原因分析：
①电阻值及电容值测量有误差；
②干电池电压测量有误差；
③在示波器上读数时产生误差；
④元器件引脚或者面包板老化，导致电阻变大；
⑤电池内阻的影响输入电阻大小。

⑥在C=4.4uF的实验中，受硬件限制，读数误差较大3•二阶系统阶跃响应
a.阻尼比为0.1，阶跃响应波形:
b.阻尼比为0.5，阶跃响应波形:
4.二阶系统阶跃响应数据表
E
R w ( ?)
峰值时间 U o (t p ) 调整时间 稳态终值 超调（%） 震荡次数
C. d. 阻尼比为0.7，阶跃响应波形:
阻尼比为1.0，阶跃响应波形:
CHI
反相
带宽限制 伏/格
四、回答问题
1.为什么要在二阶模拟系统中
设置开关K1和K2 ,而且必须
同时动作？
答：K1的作用是用来产生阶跃信号，撤除输入信后，K2则是构成了C2的
放电回路。

当K1 一旦闭合（有阶跃信号输入），为使C2不被短路所以K2必须断开，否则系统传递函数不是理论计算的二阶系统。

而K1断开后，此时要让
C2尽快放电防止烧坏电路，所以K2要立即闭合。

2.为什么要在二阶模拟系统中设置
F3运算放大器？
答：反相电压跟随器。

保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。

实验2模拟控制系统的校正实验
一、实验目的
了解校正在控制系统中的作用
二、实验内容
设计一个串联校正装置来改善系统性能，使其满足指定的指标要求
三、实验结果及理论分析
1.系统校正前输出波形:
2.校正前二阶系统数据表
3.系统校正后输出波形:
4.校正后二阶系统数据表
系统校正后，达到稳态的时间大大缩短，而且振荡过程中超调量也变得很小, 总之，系统校正后稳定性大大提高。

四、回答问题
1.校正前系统的输出为何与输入反相？
答：因为校正前输入信号经过了三个放大器，而且每次都是从放大器负引脚输入，所以每经过一次信号反相一次，三次之后输出信号正好与输入信号反相。

或者说，系统的传递函数中还有一个“一”
2.校正后的系统电模拟线路原理图中F5的作用是什么？
答：反相电压跟随器。

保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。

实验3模拟一阶系统频率特性测试实验
一、实验目的
学习频率特性的测试方法，根据所测量的数据，绘制一阶惯性环节的开环Bode图，并求取系统的开环传递函数
二、实验内容
利用频域法的理论，有一阶系统的开环频率特性分析其闭环系统的特性。

三、实验结果及理论分析
1.频率特性数据记录表
2.幅频特性曲线:
頻率f (Hi)
3.相频特性曲线
4.结果分析
根据实验数据分别绘制系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。

与理论曲线对比可以发现：幅频特性曲线与理论曲线比较接近，相频特性曲线与理论曲线有一定偏差。

分析误差原因，有以下几种可能：
①在示波器屏幕上的读数精度低，读数的误差较大；
②阻容元件不是完全的理想模型，真实相频曲线和理论相频曲线有偏差
③电路中有噪声干扰。

实验4数字伺服系统、计算机控制系统的演示实验
一、实验目的
通过对计算机控制的电液伺服系统、数字伺服系统（小功率电机控制系统）的介绍，使学生了解控制理论的工程实际应用。

二、实验内容
通过两套实际系统的演示、讲解，使学生了解控制系统的组成与工作情况。

三、回答问题
1.手臂控制系统的反馈装置是什么？它反馈的是数字量还是模拟
量？
答：光电编码器。

数字量。

2.数字伺服系统采用了哪几种反馈方式？这套系统的执行元件是什么？
答：电流反馈、速度反馈、位置反馈。

执行元件是直流电机。