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⾃动控制原理实验指导书⽬录第⼀章⾃动控制原理实验 (1)实验⼀典型环节模拟⽅法及动态特性 (1)实验⼆典型⼆阶系统的动态特性 (4)实验三典型调节规律的模拟电路设计及动态特性测试 (6)实验四调节系统的稳态误差分析 (8)实验五三阶系统模拟电路设计及动态特性和稳定性分析 (11)实验六单回路系统中的PI调节器参数改变对系统稳定性影响 (13)实验七典型⾮线性环节的模拟⽅法 (15)实验⼋线性系统的相平⾯分析 (17)第⼆章控制理论实验箱及DS3042M（40M）⽰波器简介 (19)第⼀节⾃动控制理论实验箱的简介 (19)第⼆节数字存储⽰波器简介 (20)第⼀章⾃动控制原理实验实验⼀典型环节模拟⽅法及动态特性⼀、实验⽬的1、掌握⽐例、积分、实际微分及惯性环节的模拟⽅法。
2、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性。
⼆、实验设备及器材配置1、⾃动控制理论实验系统。
2、数字存储⽰波器。
3、数字万⽤表。
4、各种长度联接导线。
三、实验内容分别模拟⽐例环节、积分环节、实际微分环节、惯性环节，输⼊阶跃信号，观察变化情况。
1、⽐例环节实验模拟电路见图1-1所⽰传递函数：K R R V V I -=-=120阶跃输⼊信号：2V实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K（2） R 1=100K R 2=200K2、积分环节实验模拟电路见图1-2所⽰传递函数：ST V V I I O 1-= ，其中T I阶跃输⼊信号：2V 实验参数：（1） R=100K C=1µf（2） R=100K C=2µf 3、实际微分环节实验模拟电路见图1-3所⽰传递函数：K ST S T V V D D I O +-=1 其中 T D =R 1C K=12R R 阶跃输⼊信号：2V实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K （2）R 1=100K R 2=200K C=1µf4、惯性环节实验模拟电路见图1-4所⽰传递函数：1+-=TS K V V I O 其中 T=R 2C K=12R R 阶跃输⼊：2V 实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K C=1µf（2） R=100K R 2=100K C=2µfR四、实验步骤1、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节。
自动控制原理实验目录实验一二阶系统阶跃响应（验证性实验） (1)实验三控制系统的稳定性分析（验证性实验） (9)实验三系统稳态误差分析（综合性实验） (15)预备实验典型环节及其阶跃响应一、实验目的1.学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。
2.学习典型环节阶跃响应测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节传递函数。
二、实验内容搭建下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。
1.比例(P)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-1。
2.惯性(T)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-2。
3.积分(I)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-3。
4. 比例积分(PI)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-4。
5.比例微分(PD)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-5。
6.比例积分微分(PID)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-6。
三、实验报告1.画出惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所记录的各环节的阶跃响应曲线。
2.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由模拟电路计算的结果相比较。
附1：预备实验典型环节及其阶跃响应效果参考图比例环节阶跃响应惯性环节阶跃响应积分环节阶跃响应比例积分环节阶跃响应比例微分环节阶跃响应比例积分微分环节阶跃响应附2：由模拟电路推导传递函数的参考方法1． 惯性环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：整理得进一步简化可以得到如果令R 2/R 1=K ，R 2C=T ，则系统的传递函数可写成下面的形式：()1KG s TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时 则有输入U 1(s)=1输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 1KTS-+由拉氏反变换可得到单位脉冲响应如下：/(),0t TK k t e t T-=-≥ 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 11K TS s-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：/()(1),0t T h t K e t -=--≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2323R R C T R R =+2Cs12Cs-(s)U R10-(s)U 21R R +-=12212)Cs (Cs 1(s)U (s)U )(G R R R s +-==12212)Cs 1((s)U (s)U )(G R R R s +-==由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：/()(1),0t T c t Kt KT e t -=--≥2． 比例微分环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：(s)(s)(s)(s)(s)U100-U U 0U 2=1R1R23(4)CSU R R '''---=++由前一个等式得到 ()1()2/1U s U s R R '=- 带入方程组中消去()U s '可得1()1()2/11()2/12()1134U s U s R R U s R R U s R R R CS+=--+由于14R C〈〈，则可将R4忽略，则可将两边化简得到传递函数如下： 2()23232323()(1)1()11123U s R R R R R R R R G s CS CS U s R R R R R ++==--=-++如果令K=231R R R +， T=2323R R C R R +，则系统的传递函数可写成下面的形式：()(1)G s K TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时，单位脉冲响应不稳定，讨论起来无意义 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=(1)K TS S-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：()(),0h t KT t K t δ=+≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2(1)K TS S -+由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：(),0c t Kt KT t =+≥实验一 二阶系统阶跃响应（验证性实验）一、实验目的研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。
自动控制原理实验指导书电力学院自动控制原理实验室二○○八年三月目录实验一典型环节的电路模拟与软件仿真 (2)实验二线性定常系统的瞬态响应 (6)实验三线性系统稳态误差的研究 (8)实验四系统频率特性的测量 (11)实验五线性定常系统的串联校正 (13)附： THBDC-1控制理论.计算机控制技术实验平台简介 (16)实验一典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1．熟悉并掌握THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用方法。
2．熟悉各典型环节的电路传递函数及其特性，掌握典型环节的电路模拟与软件仿真研究。
3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台2．PC机1台(含上位机软件) USB数据采集卡37针通信线1根16芯数据排线USB接口线3．双踪慢扫描示波器1台(可选)4．万用表1只三、实验内容1．设计并组建各典型环节的模拟电路；2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；3．在上位机界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等典型环节按一定的关系连接而成。
熟悉这些环节对阶跃输入的响应，对分析线性系统将是十分有益的。
在附录中介绍了典型环节的传递函数、理论的阶跃响应曲线和环节的模拟电路图。
五、实验步骤1．熟悉实验台，利用实验台上的各电路单元，构建所设计比例环节(可参考本实验附录)的模拟电路并连接好实验电路；待检查电路接线无误后，接通实验台的电源总开关，并开启±5V，±15V直流稳压电源。
2．把采集卡接口单元的输出端DA1、输入端AD2与电路的输入端U i相连，电路的输出端U o则与采集卡接口单元中的输入端AD1相连。
连接好采集卡接口单元与PC上位机的通信线。
自动控制原理实验指导书信息工程学院自动化教研室目录目录...................................................... 错误！未定义书签。
第一章虚拟示波器........................................... 错误！未定义书签。
第一节虚拟示波器的类型................................. 错误！未定义书签。
第二节虚拟示波器的使用................................. 错误！未定义书签。
第二章自动控制原理实验..................................... 错误！未定义书签。
实验一典型环节的模拟研究............................... 错误！未定义书签。
实验二典型二阶系统瞬态响应和稳定性 (12)实验三控制系统的频率特性 (15)实验四系统校正 (20)实验五典型非线性环节 (24)附录一 LCAACT集成调试环境 (31)第一节 LCAACT软件界面介绍 (31)第二节第二节 88串行监控命令 (43)第三节 LCAACT软件调试 (46)第四节快速入门 (48)第一章虚拟示波器第一节虚拟示波器的类型虚拟示波器的类型为了满足自动控制不同实验的要求我们提供了示波器的三种使用方法。
（1）示波器的一般用法（2）幅频相频示波器的用法（3）特征曲线的用法第二节虚拟示波器的使用一．设置用户可以根据不同的要求选择不同的示波器，具体设置方法如下：1．示波器的一般用法：运行LCAACT程序，点击开始即可当作一般的示波器使用。
2. 实验使用：运行LCAACT程序，选择‘自动控制 / 微机控制 / 控制系统’菜单下的相应实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1、CH2测孔测量波形。
⾃动控制原理（实验指导书）⽬录实验⼀典型环节的模拟研究（验证型）（2）实验⼆典型系统的瞬态响应和稳定性（设计型）（9）实验三动态系统的数值模拟（验证型）（15）实验三动态系统的频率特性研究（综合型）（16）实验四动态系统的校正研究（设计型）（18）附录XMN—2学习机使⽤⽅法简介（20）实验⼀典型环节的模拟研究⼀、实验⽬的:1、了解并掌握XMN-2型《⾃动控制原理》学习机的使⽤⽅法，掌握典型环节模拟电路的构成⽅法，培养学⽣实验技能。
2、熟悉各种典型线性环节的阶跃响应曲线。
3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
⼆、实验设备Uo(S)=（K+TS 1）S1?)1()()(21210210CS R R RR R R R S U S U i +++≈（1-19）⽐较式(1-17)和(1-19)得K=21R R R +T=C R R R R ?+2121 （1-20）当输⼊为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S 。
则由式（1-17）得到111)()(23111022100210++?+++=S C R S C R C R C R S C R R R R S U S U i (1-24) 考虑到R 1》R 2》R 3，则式（1-24）可近似为S C R R R S C R R R S U S U i 2021100101)()(++≈（1-25）⽐较式(1-23)和(1-25)得K P =1R R ， T 1=R 0C 1T D =2021C R R R ? （1-26）当输⼊为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S 。
则由式（1-23）得到U o (S)=（K P +ST 11+T D S ）S 1?五、实验报告要求：1、实验前计算确定典型环节模拟电路的元件参数各⼀组，并推导环节传递函数参数与模拟电路电阻、电容值的关系以及画出理想阶跃响应曲线。
2、实验观测记录。
自动控制原理实验指导书刘利贤韩兵欣编著石家庄铁道学院电气工程分院目录实验一、典型线性环节的模拟 (1)实验二、二阶系统的阶跃响应 (5)实验三、根轨迹实验 (7)实验四、频率特性实验 (10)实验五、控制系统设计与校正实验 (15)实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验 (17)实验七、采样控制系统实验 (19)实验八、典型非线性环节模拟 (21)实验九、非线性控制系统分析 (24)实验十、非线性系统的相平面法 (26)实验一、典型线性环节的模拟一、实验目的：1、学习典型线性环节的模拟方法。
2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。
二、实验设备：1、XMN-2型实验箱；2、LZ2系列函数记录仪；3、万用表。
三、实验内容：1、比例环节：r(t)方块图模拟电路图中：ifP RRK=分别求取R i=1M，R f=510K，（K P=0.5）；R i=1M，R f=1M，（K P=1）；R i=510K，R f=1M，（K P=2）；时的阶跃响应曲线。
2、积分环节：r(t)方块图模拟电路图中：T i=R i C f分别求取R i=1M，C f=1μ，（T i=1s）；R i=1M，C f=4.7μ，（T i=4.7s）；）；R i=1M，C f=10μ，（T i=10.0s）；时的阶跃响应曲线。
3、比例积分环节：r(t)方块图模拟电路图中：ifP RRK=；T i=R f C f分别求取R i=R f=1M，C f=4.7μ，（K P=1，T i=4.7s）；R i=R f=1M，C f=10μ，（K P=1，T i=10s）；R i=2M，R f=1M，C f=4.7μ，（K P=0.5，T i=4.7s）；时的阶跃响应曲线。
4、比例微分环节：r(t)方块图模拟电路图中：i1fP RRKR+=；CRRRRRRTffd⋅+++=12f121RR；T f=R2C分别求取R i=R f=R1=R2=1M，C=2μ，（K P=2，T d=3.0s）；R i=2M，R f=R1=R2=1M，C f=2μ，（K P=1，T d=3.0s）；R i=2M，R f=R1=R2=1M，C f=4.7μ，（K P=1，T d=7.05s）；时的阶跃响应曲线。
目录实验一控制系统典型环节的模拟 (1)实验二二阶系统的瞬态响应分析 (4)实验三线性系统稳态误差的研究 (6)实验四线性系统的频率特性的测试 (9)实验五自动控制系统的动态校正 (10)实验六典型非线性环节的静态特性 (14)实验七非线性系统的描述函数法 (19)实验八非线性系统的相平面分析法 (25)实验九控制系统极点的任意配置 (30)实验十具有内部模型的状态反馈控制系统 (36)实验十一状态观测器及其应用 (41)实验十二采样控制系统的分析 (44)实验十三采样控制系统的动态校正 (47)实验一 控制系统典型环节的模拟 一、 实验目的 1、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路2、测量典型环节的阶跃响应曲线3、通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响二、 实验仪器1、自控原理电子模拟实验箱一台2、电脑一台（虚拟示波器）3、万用表一只三、 实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。
图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R 、C 构成。
基于图中A 点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得： 120)(Z Z U U s G i =-= (1) 由上式可求得由下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。
1、比例环节比例环节的模拟电路如图1-2所示：图1-1、运放的反馈连接 1212)(R R Z Z s G == (2)图1-2 比例环节取参考值K R 1001=，K R 2002=；或其它的阻值。
2、惯性环节惯性环节的模拟电路如图1-3所示：111/1/)(21212212+=+•=+==TS K CS R R R R CS R CSR Z Z s G (3)图1-3 惯性环节取参考值K R 1001=，K R 1002=，uF C 1=。
3、积分环节积分环节的模拟电路如图1-4所示：TSRCS R CS Z Z s G 111)(12==== (4)图1-4 积分环节取参考值K R 200=，uF C 1=。
《自动控制原理》实验指导书梅雪罗益民袁启昌许必熙南京工业大学自动化学院目录实验一典型环节的模拟研究--------------------------1 实验二典型系统时域响应和稳定性-------------------10 实验三应用MATLAB进行控制系统根轨迹分析----------15 实验四应用MATLAB进行控制系统频域分析------------17 实验五控制系统校正装置设计与仿真-----------------19 实验六线性系统校正-------------------------------22 实验七线性系统的频率响应分析---------------------26 附录：TDN—ACP自动控制原理教学实验箱简介----------31实验一 典型环节的模拟研究一． 实验目的1．熟悉并掌握TD-ACC +设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
对比差异、分析原因。
3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二．实验内容下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。
1．比例环节 (P)A 方框图：如图1.1-1所示。
图1.1-1B 传递函数：K S Ui S Uo =)()( C 阶跃响应：)0()(≥=t Kt U O 其中 01/R R K =D 模拟电路图：如图1.1-2所示。
图1.1-2注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K 的电阻，实验中不需要再接。
以后的实验中用到的运放也如此。
E 理想与实际阶跃响应对照曲线：① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。
② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。
2．积分环节(I)A ．方框图：如右图1.1-3所示。
图1.1-3B ．传递函数：TSS Ui S Uo 1)()(=C ．阶跃响应： )0(1)(≥=t t Tt Uo 其中 C R T 0=D ．模拟电路图：如图1.1-4所示。
《自动控制原理》实验指导书31000字实验一、开关量控制与监测实验目的：掌握开关量控制与监测的基本原理及方法。
实验器材：PC机、PLC编程软件、PLC编程器、PLC实验箱、直流电源、继电器、开关。
实验内容：1. 使用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 使用直流电源作为控制电源，将继电器与开关连接，利用PLC实现开关量控制和监测。
实验步骤：1. 利用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 将直流电源的正极与继电器的常闭端相连，继电器的常开端与开关相连。
3. 将开关的另一端与PLC的输入端相连，PLC的输出端与继电器的控制端相连。
4. 将直流电源的负极与PLC实验箱的接地端相连。
5. 将PLC编程器连接到PC机上，将编写好的程序下载到PLC实验箱中。
6. 按下开关，观察继电器的输出，检查程序的正确性。
实验结果：1. 开关按下，PLC输出信号，继电器吸合。
2. 开关松开，PLC输出信号，继电器断开。
实验二、模拟量采集和控制实验目的：掌握模拟量采集和控制的基本原理及方法。
实验器材：PC机、PLC编程软件、PLC编程器、PLC实验箱、直流电源、电位器、LED灯。
实验内容：1. 使用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 使用电位器作为模拟量输入信号源，利用PLC采集电位器的模拟量信号，并控制LED灯的亮度。
实验步骤：1. 利用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 将电位器的信号通过模拟量转换模块输入到PLC的模拟量输入端。
3. 利用PLC的模拟量比较指令，将电位器的模拟量信号转换成数字量信号。
4. 根据数字量输出信号的状态，控制LED灯的亮度。
5. 将直流电源的负极与PLC实验箱的接地端相连。
6. 将PLC编程器连接到PC机上，将编写好的程序下载到PLC实验箱中。
7. 调节电位器，观察LED灯的亮度变化。
实验结果：1. 电位器调整时，模拟量输入信号发生变化。
2. 根据模拟量输入信号的大小，PLC输出数字量信号，控制LED灯的亮度。
目录实验一演示实验 (2)实验二典型系统瞬态响应和稳定性 (5)实验三控制系统频率特性 (10)实验四系统校正 (13)实验五非线性系统 (14)实验六状态反馈 (17)实验七采样系统分析 (18)附录TDN―ACS系统简介 (22)实验一演示实验一、实验目的：1、了解控制系统的基本组成及工作原理。
2、增强系统结构形式的感性认识。
二、实验要求：观察二级倒立摆实验装置的结构及实验现象，观测步进电机转速与参数之间的关系。
三、实验仪器：1、TDN—ACS实验箱一台2、计算机一台3、万用表一块4、BDL二级到立摆实验装置一台四、步进电机调速实验的实验原理及接线：本实验使用35BYJ46形四项八拍电机，电压DC12V，器励磁线圈及励磁顺序如下图：1、实验线路：STACK SEGMENT STACKDW 256 DUPSTACK ENDSDATA SEGMENTTABLE DB 01H，03H，02H，06H，04H，0CH，08H，09H；步进电机对应步值DATA ENDS ；8255B口输出值CODE SEGMENTASSUME CS：CODE，DS：DATASTART：MOV AX，DATAMOV DS，AXMAIN：MOV AL，90HOUT 63H，ALA1：MOV BX，OFFSET TABLEMOV CX，0008H ；步进电机步数为8A2：MOV AL，BX ；8255 输出OUT 61H，ALCALL DALLY ；调DALLY延二级倒立摆系统的时程序INC BXLOOP A2JMP A1DALLY：PUSH CXMOV CX，5000H ；增减输入到BX中的值可改变步；间延时值T1：PUSH AXPOP AXLOOP T1POP CXRETCODE ENDSEND STAR五、实验内容及步骤1、按图接线，经检查无误后连结计算机及实验箱电源线和串口线。
2、打开实验箱及计算机电源，不要动任何键，系统会自动进入ACS实验系统界面，输入串口号1或2，系统即进入ACS调试界面。
3、从硬盘中调用EXP3.EXE文件。
4、在成功调入文件的信息显示后，输入〉U 0000:2000 ↙即显示出EXP3.EXE文件的前半部分汇编语言程序，再在〉号下敲入〉U ↙即显示出后半部分程序，寻找语句：MOV CX,5000H ，记录下5000H的偏移地址。
5、按F7选择1，进入示波器状态，按F1,输入 CS:0000↙ IP:2000↙观察电机转速，改变步间延时值为2000和A000，再观察电机转速变化。
六、二级倒立摆实验装置结构及工作原理简介：二级倒立摆系统的结构示意图见下图，可在轨道上作直线运动的小车被力矩电机通过带轮、传动带驱动，下摆与小车铰链，上摆与下摆的上部铰链，而摆均可在于导轨平行的竖直平面内自由转动，检测器位置P1、P2和P3分别检测小车相对轨道中心点偏移、下摆与铅垂线的角度偏移以及上下摆之间的相对角度偏移。
测量所得的电压信号分别由三个运算放大器进行放大、标定后，作为二级倒立摆对象系统的三个输出量，被送入模拟控制器。
控制器输出的控制信号经功率放大器放大后驱动力矩电机，使二级倒立摆在不稳定的平衡点处稳定。
实验二 典型系统瞬态响应和稳定性一﹑实验目的：1、学习瞬态性能指标的测试技能2、了解参数变化对系统瞬态性能及稳定性的影响二﹑实验要求：观测不同参数下二阶系统的阶跃响应曲线并测出性能指标: 超调量δp ,峰值时间t p ,调节时间t s 。
三﹑实验仪器：1、TDN ——ACS 实验箱 一台2、计算机 一台3、万用表 一块四﹑实验原理及电路：应用模拟电路来模拟典型二阶系统，图2——1是典型二阶系统原理方块图，其中To=1秒；T 1=0.1秒；K 1分别为10；5；2.5；1。
开环传递函数为：)1()1()(111+=+=S S K S S S G TT T K 其中，K=K 1/T 0=开环增益。
闭环传递函数为其中，TT KT K T n 01111===ω TK T1121=ξ（1）当0<ξ<1，即欠阻尼情况时，二阶系统的阶跃响应为衰减振荡，如图ωωωξξ22222212121)(n nns TS KS KS s ST ST ++=++=++=Φ2—2中曲线1所示。
)52()0()sin(11)(2-≥+--=-t t t C d Tenθωωξξ式中ξωω21-=ndξθξ211-=-tg峰值时间可由式（2―5）对时间求导，并令它为零，得：)62(12--==ξωωππndp t超调量：调节时间t s ，采用2％允许误差范围时，近似地等于系统时间常数1/(ξ·ωn)的四倍，即：)82(4-=ωξns t（2）当ξ=1，临界阻尼时，系统的阶跃响应为单调的指数曲线，如图中2―2曲线2所示)0()1(1)(≥+-=-t t t c nte n ωω令输出为0.98可求得t s 。
(3)当ξ>1时,即过阻尼时,系统的阶跃响应为单调的指数曲线,图2―2中曲线3所示:()0121)(21221≥⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+=--t s s t c s e s e tt n ξω式中ωξωξξξn ns s ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=112221当ξ远大于1时,可忽略S 1的影响，则()01)(12≥-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---t t c etnωξξ这时调节时间t s 近似为:ωξξns t ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=142图2―3是图2―1的模拟电路图:五﹑实验内容及步骤:准备:将U 1 SG 单元的ST 插针和+5V 插针用“短路块”短接,使运算放大器上的场效应管夹断。
1、按图2—3连接实验线路，R=10K 。
2、检查无误后用串口线连接计算机与实验箱并打开实验箱与计算机的电源，进入示波器状态。
3、在r(t)端加入阶跃信号，观察阶跃响应，测量并记录超调量δp ，峰值时间t p ，调节时间t s 。
4、分别按R=20K；40K；100K改变开环增益，记录性能指标δp，t p，t s。
六﹑实验报告要求：1、实验前按给定参数计算出二阶系统的性能指标的理论值记入表中。
2、实验观测记录。
七﹑思考题:1、实验中如何确保系统实现负反馈，如果反馈中有偶数个运算放大器构成什么反馈？2、实验中阶跃输入信号的幅值范围应该如何考虑？3、误差分析。
八、阶跃信号产生电路：1、准备：将(U1SG)单元ST（插针）与+5V端（插针）用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管夹断，使运放处于工作状态。
2、电路：电路如下图所示，由“单脉冲单元”（U13SP）及“电位器单元”（U14P）组成。
3、连接方法：在U13 SP 单元中，将H1与+5V插针用“短路”块短接，H2插针用排线接至U14 P单元的X插针；在U14 P单元中，将Z插针和GND插针用“短路块”短接，最后由插座的Y端输出信号。
当按下U13单元的SP按键时，信号即可输出。
实验三 控制系统频率特性一﹑实验目的:1、学习测量系统（或环节）频率特性曲线的方法和技能。
2、学习根据频率特性的实验曲线求取系统开环传递函数的方法。
二﹑实验要求:测量模拟系统的开环频率特性曲线（对数幅频曲线和相频曲线）。
三﹑实验仪器:1、TDN —ACS 试验箱 一台2、计算机 一台3、万用表 一块四﹑实验原理及电路:系统（或环节）的频率特性G (j ω)是一个复变量，可以表示成以角频率ω为参数的幅值和相角：G(j ω)=|G(j ω)| G(j ω) (3—1)设被测系统的原理方块图如图3―1所示，图3―2是相应的电路图。
)(S 13—图图3―1所示系统的开环频率特性为采用对数幅频特性和相频特性表示，则式(3―2)表示为：和将系统产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化，并施加于被测系统的输入端[r(t)]，然后分别测量相应的反馈信号[b(t)]和误差信号[e(t)]的对数幅值和相位。
系统将测试数据经运算后在示波器中显示图形。
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转角频率确定频率特性（或传递函数）。
所确定的频率特性（或传递函数）的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特性（或传递函数）所画出的理论相频曲线在一定程度上相符。
五﹑实验内容及步骤:1、按图(3―2)接线。
检查无误后接通实验箱及计算机的电源。
2、将U10单元中的DAC0832调零。
在ACS调试界面下，启动小汇编，键入：〉A2000↙0000：2000 MOV AL，80↙0000：2002 OUT 00，AL↙0000：2004 JMP 2000↙0000: 2006 ↙输入命令 > G=0000：2000 ↙，连续运行以上程序。
细微调节．．．．U10单元的W101微调电阻，将毫伏万用表“+”端接U10单元的OUT端，“-”端接地，细微调节．．．．直至0毫伏附近（若调不到绝对0MV，可偏正一点亦可。
但切不可偏负，如-0.2mv）3、将U10单元中的OUT端接至图(3―2)中的r(t)处。
将U1 SG单元中的ST.S.+5V处的短路块拔下,总线接口处的PB10接至ST端。
4、将CH1探笔接至B(t)处，进入频率特性测试示波器状态，输入角频率值ω=0至500,可以用“+”,“-”键改变信号源的幅值,以使输入输出的信号幅值范围在示波器的范围之内。
回车后即可进行测量。
当输出信号和输入信号同时显示出来后，移动方向键，读出幅值和相角。
如需重新测试，则按“N”键，系统会自动清除当前的测试结果，并等待输入新的角频率，准备开始进行下次测试。
测试过程中ω在不断闪动。
5、将CH1探笔接至E(t)处，测出该处的幅值和相角，并计算出闭环系统的开环频率特性。
6、分别取ω=0.1,0.2,0.5,1，2，3.5，5，10，20，50，100，200，500六﹑实验报告要求:1、将实验数据填入下表。
2、画出开环对数幅频曲线和相频曲线（理论和实验两种）。
3、根据实验曲线推导传递函数。
七﹑思考题:1、传递函数概念适用于什么系统？2、系统输入正弦信号的幅值能太大吗，能太小吗，应该如何选取？3、若需要测量系统内部某个环节或闭环系统的频率特性，如何测量？4、误差分析。
实验四系统校正一、实验目的：1、了解和观测校正装置对系统稳定性及瞬态特性的影响。
2、设计并验证校正装置是否满足系统的性能要求。
二、实验要求：1、已知未校正的二阶系统参数如下，搭接模拟电路并观测未校正系统的稳定性及瞬态特性。
δp=60%t s=4sK v=202、推导并设计校正环节。
要求设计一校正装置使系统满足以下性能指标:δp≤25%t s≤1sK v≥20(1/s)3、观测校正后系统的稳定性及瞬态特性。
