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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。
目录实验装置简介·························································（3-4·）实验一控制系统典型环节的模拟·················（5-6）实验二一阶系统的时域响应及参数测定·····（6-7）实验三二阶系统的瞬态响应分析·················（8-9）实验四频率特性的测试·······························（9-13）实验五PID控制器的动态特性······················（13-15）实验六典型非线性环节·································（15-18）实验七控制系统的动态校正（设计性实验）··（19）备注：本实验指导书适用于自动化、电子、机设等专业，各专业可以根据实验大纲选做实验。
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。
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。
自动控制原理实验指导书吴鹏松编班级学号姓名2012 年 3 月前言自动控制原理实验是自动化类学科的重要理论课程实验。
本科自动控制原理分为经典控制理论和现代控制理论基础两部分，自动控制原理实验主要是针对经典控制理论的实验，采用的运算电路来进行的。
现代控制理论实验由于模型比较复杂，采用MATLAB软件进行数字仿真实验。
离散控制系统实验与计算机控制系统实验是有很大区别的，不能简单的认为在自动控制原理实验箱上就能进行计算机控制系统实验。
自动控制原理实验预习时需要对电路图进行理论分析和综合，可以借助MATLAB软件进行辅助分析和综合。
自动控制原理实验指导书不包括实验箱和实验软件的使用说明，相关的内容参考实验软件LABACT软件中的帮助文件。
由于作者水平有限，书中错误之处在所难免，恳请广大师生及读者提出宝贵意见及建议。
编者目录实验一典型环节的模拟研究实验二二阶系统特征参数对系统性能的影响实验三典型系统的动态特性与稳定性测试实验四开环增益与零极点对系统性能的影响实验五典型系统的频率特性测试实验六线性系统的串联校正实验七A/D与D/A 转换及零界阶保持器实验八离散控制系统动态性能和稳定性的混合仿真研究实验九非线性系统的相平面法分析实验十非线性系统的描述函数法分析附录1 教学考核方法附录2 实验课安排时间要求实验一 典型环节的模拟研究一．实验目的1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握自动控制综合实验台的使用方法。
2．熟悉各种典型环节的的阶跃响应。
3．研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。
4．掌握ACES 软件的使用方法。
二．实验仪器1．自动控制综合实验箱 2．计算机 3．LABACT 软件三．实验内容1．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图1-1所示，比例环节的传递函数为： K s U s U i =)()(0图1-1 典型比例环节模拟电路(1) 比例系数（放大倍数）选取： A ．当K=1、K=2、K=5时，分别观测阶跃响应曲线，并记录输入信号输出信号波形；B ．比例放大倍数 K=R2/R1；(2) 阶跃信号设置：阶跃信号的幅值选择1伏（或5伏）(3) 连接虚拟示波器：A ．将输入阶跃信号用排题线与示波器通道CH1相连接；B ．将比例环节输出信号（实验电路A2的“OUT2”）与示波器通道CH2相连接。
自动控制原理实验指导书内蒙古工业大学信息工程学院自动化系2008年3月目录实验一典型环节模拟及二阶系统的时域瞬态响应分析 (1)实验二频率特性的测试 (7)实验三控制系统的动态校正 (10)实验四非线性系统的相平面分析 (12)实验五状态反馈 (17)附录TKKL—1型控制理论电子模拟实验箱使用说明书 (20)21R K R =实验一 典型环节模拟及二阶系统的时域瞬态响应分析一、实验目的1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握控制理论电子模拟实验箱的使用方法。
2．了解并掌握各典型环节的传递函数及其特性，掌握用运放搭建电子模拟线路实现典型环节的方法。
3．掌握二阶系统单位阶跃响应的特点，理解二阶系统参数变化对输出响应的影响。
二、实验仪器1．控制理论电子模拟实验箱一台； 2．超低频扫描示波器一台； 3．万用表一只。
三、实验原理1．典型环节的传递函数及其模拟电路图（1）比例环节图1-1 比例环节的方框图比例环节的方框图如图1-1所示，其传递函数为（1-1）比例环节的模拟电路图如图1-2所示，其传递函数为（1-2） 比较式（1-1）和式（1-2），得：()()C s K R s =21()()R C s R s R=k图1-2 比例环节的模拟电路图当输入为单位阶跃信号，即()1()r t t =时，由式（1-1）得输出() (0)c t K t =≥，其输出波形如图1-3所示。
图1-3 比例环节的单位阶跃响应（2）积分环节图1-4 积分环节的方框图积分环节的方框图如图1-4所示，其传递函数为（1-3）图1-5 积分环节的模拟电路图()1()C s R s Ts=R积分环节的模拟电路图如图1-5所示，其传递函数为（1-4） 比较式（1-3）和式（1-4），得：当输入为单位阶跃信号，即()1()r t t =时，由式（1-3）得输出，其输出波形如图1-6所示。
图1-6 积分环节的单位阶跃响应（3）惯性环节图1-7 惯性环节的方框图惯性环节的方框图如图1-7所示，其传递函数为（1-5） 惯性环节的模拟电路图如图1-8所示，其传递函数为（1-6）()1()C s R s RCs=RCT =()()1C s KR s Ts =+212()1()1R C s R s R R Cs =+ 1()c t t T =图1-8 惯性环节的模拟电路图比较式（1-5）和式（1-6），得：当输入为单位阶跃信号，即()1()r t t =时，由式（1-5）得输出 ，其输出波形如图1-9所示。
图1-9 惯性环节单位阶跃响应2．二阶系统图1-10为典型二阶系统的方框图，其闭环系统的传递函数为：221RK T R C R ==1()(1)t T c t e T-=-（1-7）图1-10 二阶系统方框图图1-11 典型二阶系统模拟电路图典型二阶系统的模拟电路图如图1-11所示，其闭环传递函数为： 若令13121121 R R C C T R C K R R ====，与二阶系统的标准形式比较，可得如下关系：同时改变1c 和2c 的大小，可改变无阻尼振荡频率n ω的大小；改变2R 的大小，可改ζ的大小。
这样就可得到过阻尼()1>ζ、临界阻尼()1=ζ和欠阻尼()1<ζ三种情况下的阶跃响应曲线。
四、实验内容1．观察并记录各种典型环节的单位阶跃响应曲线。
22222()1()21n n n C S T R S s s T s s Kωζωω==++++12122R K R ζ==1111n T R C ω==22222()1()21n n n C S T R S s s T s s K ωζωω==++++2．典型二阶系统（1）令0.1T s =（13100R R K ==Ω，1C =2C =1F μ） ①设置0.1ζ=（1100R K =Ω，2500R K =Ω），记录输出响应曲线，测量峰值时间p t 、超调量%σ和调节时间s t 。
②设置0.5ζ=（1100R K =Ω，2100R K =Ω），记录输出响应曲线，测量峰值时间p t 、超调量%σ和调节时间s t 。
③设置1ζ=（1100R K =Ω，250R K =Ω），记录输出响应曲线，测量峰值时间p t 、超调量%σ和调节时间s t 。
（2）令0.01T s =（13100R R K ==Ω，1C =2C =0.1F μ） ①设置0.1ζ=（1100R K =Ω，2500R K =Ω），记录输出响应曲线，测量峰值时间p t 、超调量%σ和调节时间s t 。
②设置0.5ζ=（1100R K =Ω，2100R K =Ω），记录输出响应曲线，测量峰值时间p t 、超调量%σ和调节时间s t 。
③设置1ζ=（1100R K =Ω，250R K =Ω），记录输出响应曲线，测量峰值时间p t 、超调量%σ和调节时间s t 。
五、实验报告要求1．概略绘制各种典型环节单位阶跃响应曲线。
2．画出二阶系统在不同ζ和n ω时的单位阶跃响应曲线，并与理论计算值做比较，分析实验结果。
六、实验思考题1．用运放模拟典型环节的时候，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出的？2．积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下，惯性环节可以近似的视为积分环节？在什么条件下，又可以视为比例环节？3．阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？4．在电子模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？实验二 频率特性的测试一、实验目的1．了解用李沙育图形法测取系统频率特性的原理。
2．掌握运用实验数据绘制对数频率特性的方法。
二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台。
2、双踪低频慢扫描示波器一台。
3、数字万用表一只。
三、实验原理频域分析法是应用频率特性研究线性系统的一种经典方法。
频率响应就是当正弦函数信号作用于线性系统时，系统稳定后输出的稳态分量仍然是同频率的正弦信号。
对于稳定的线性定常系统或环节，设输入信号t Sin X t X m ω=)(，输出信号为其中：由上面的介绍，对于频率特性可以得出以下结论：1）当系统的输入信号是正弦波时，其稳态输出仍是同频率正弦信号；2）稳态输出的正弦信号是输入正弦信号的|G(j ω)|倍； 3）稳态输出的正弦信号的相角和输入正弦信号的相角之差是φ（ω）； 上述结论是很重要的，它是用实验方法求取系统频率特性的理论基础。
为了用实验方法求频率特性，只要所需研究系统的输入端加一个频率为1ω正弦信号，就可测得输出信号的幅值比和相位差。
如果不断的改变输入信号的角频率ω，重复上述实验步骤，便可得到被测环节（系统）的频率特性。
本实验采用李沙育图形法，测试的方框图如图2-1所示。
mm X Y j G =)(ω()()()()m m Y t Y Sin t X G j Sin t ωϕωωϕ=+=+()arg ()G j ϕωω=图2-1 频率特性测试方框图下表中列出了超前与滞后时，相位的计算公式和光点的转向。
表中，02Y 为椭圆与Y 轴交点之间的长度，02X 为椭圆与X 轴交点之间的长度，m X 和m Y 分别为X(t)和Y(t)的幅值。
四、实验内容按图2-2接线，用正弦波信号作输入信号，选择适当的角频率ω，观察该环节的李沙育图形，并且记录m X 和m Y 的值。
图2-2 被测环节模拟电路图五、实验报告要求1、计算该环节的传递函数，画出近似对数幅频和相频特性曲线。
2、设计表格，记录实验数据，并作出相应的幅频和相频特性曲线。
六、实验思考题1、测试相频特性时，若把信号发生器的正弦信号送入Y轴，而把被测系统的输出信号送入X轴，试问这种情况下如何根据椭圆旋转的光点方向来确定相位的超前和滞后？2、输入正弦信号的频率范围如何选取？信号频率间隔如何选取？3、系统输入正弦信号的幅值如何选取？实验三 控制系统的动态校正一、实验目的1．掌握线性系统的串联校正方法；2．研究串联校正装置对系统性能的影响； 二、实验仪器1、控制理论模拟电子实验箱一台2、双踪示波器一台3、万用表一只三、实验原理1、未校正系统的原理方框图如图3-1所示：图3-1 未校正系统方框图系统的闭环传递函数为：系统的无阻尼自然振荡频率 32.6=n ω 阻尼比158.0=ζ未校正系统的超调量 %60=p σ 调节时间 4=s t s 静态速度误差系数 20=v K2、设计串联校正装置，使校正后系统满足下述性能指标：图3-2 校正后系统方框图（1）超调量 %25≤p σ40240)(2++=s s s φ（2）调节时间 1≤s t 秒（3）静态速度误差系数 20≥v K 四、实验内容1、理论上设计串联校正装置()c G s 。
2、设计未校正系统的电路图，在实验箱上接线，记录阶跃响应曲线，并测出超调量%σ和调节时间s t 。
3、设计校正后系统的电路图，在实验箱上接线，观察阶跃响应曲线，并测出超调量%σ和调节时间s t 。
如果测量的性能指标达不到要求，分析原因，并进行调试，直到系统满足要求。
五、实验报告要求1、画出校正前后系统的模拟电路图，说明参数选择的原因。
2、把实验结果与理论计算相比较，分析实验结果。
六、实验思考题1、本实验中所选用的串联校正装置是什么？能否选用其他的校正装置实现？为什们？2、校正装置的类型有哪些？它们的特点是什们？3、有源校正装置和无源校正装置各自有什们特点？实验四非线性系统的相平面分析一、实验目的1．掌握非线性系统的模拟方法。
2．通过实验理解用相平面法分析非线性系统的方法。
二、实验仪器1、控制理论模拟电子实验箱一台2、双踪示波器一台3、万用表一只三、实验原理1图4-1 非线性特性测量接线图图4-1为非线性特性的测量接线图。
信号发生器输出的正弦信号同时接到非线性环节的输入端和示波器的X轴，非线性环节的输出接至示波器的Y轴。
X轴选择开关置于停止扫描位置，这样在示波器上就能显示出相应的非线性特性。
（1图4-2(a) 继电器特性的模拟电路图图4-2(b) 继电器特性曲线实现继电器特性的电路图与其特性分别如图4-2(a)和图4-2(b)所示。
调节两个电位器的滑动臂，就可调节输出的限幅值M 。
（2）饱和特性实现饱和非线性的模拟电路和特性分别如图4-3(a)和4-3(b)所示。
图4-3(a) 饱和特性的模拟电路图图4-3(b) 饱和特性 饱和特性的数学表达式为：⎩⎨⎧±±=MR R U U i o 12/00i i i i U U U U ≥≤（3）死区特性图4-4(a) 死区特性的模拟电路图图4-4(b) 死区特性曲线实现死区非线性的模拟电路和特性分别如图4-4(a)和4-4(b)所示。
它的数学表达式为：2．线性系统的相轨迹相平面图表征系统在各种初始条件下的运动过程，相轨迹表征系统在某个初始条件下的运动过程。
