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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：
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，阶跃响应波形：电容值c.4.4uF
阶系统阶跃响应数据表2.一稳态终值U（∞）（V）时间常数T(s) 电容值c（uF）理论值实际值实际值理论值0.50 2.87 1.0 0.51 2.90
1.07
2.90 2.2 2.87 1.02
2.06
2.90
2.87
4.4
2.24
元器件实测参数=505kU= -2.87V
R? R=496k? =500kR?2o1r其中
T?RC2U(?)??(R/R)U rc21页脚
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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：
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，阶跃响应波形：0.7c.阻尼比为
，阶跃响应波形：阻尼比为1.0d.
阶系统阶跃响应数据表4.二ξR（?）峰值时间U(t) 调整时间稳态终值超调（%）震荡次数pow M（）t）t（s V（）（s UV）N psps6 62.7 2.8 0.3 0.1 2.95 454k 4.8
1 0.5 0.5 3.3 52.9k 2.95 11.9 0.4
1 0.7 0.3 0.4 24.6k 3.0 2.7 2.92
1.0
1.0
2.98
1.0
2.97k
2.98
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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。
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三、实验结果及理论分析系统校正前输出波形：1.
校正前二阶系统数据表2.
峰值时间U(t) 调整时间t稳态终值超调（%）震荡次数spo NMV（（ts））（s）（VU）psp3.6 0.6
4.4
测量数值2.9 50.7 4
元器件参数, , R3=98.5k ? R4=97.8k? R5=98.8k?, R2=98.7k, R1=98.2k ? ? R8=234k,
R7=100k, R6=506k ? ? ?R9=98.8k, ?C3=1.2.87uF
C1=1.08uF, C2=1.10uF,
3.5
理论数值0.5
4.6
2.9 60 4
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统校正后输出波形：3.系
正后二阶系统数据表4.校峰值时间U(t) 调整时间t稳态终值超调（%）震荡次数sop N））（V（V）（ts）（sMU pps0.3
测量数值0.2
3.1
2.92 6.2 1
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“－”。
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。
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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
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算
2.幅频特性曲线：
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。
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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。
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