实验五线性系统校正
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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(0.21)Kss，3.125K，闭环传递函数：22222212.52512.5nnnssss，0.2，12.5n。
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“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：0.510.031ss
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：(0.121)(0.021)Ksss，50K
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：(0.251)(0.121)(1.331)(0.0221)ssss，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
