而間接地研究這些系統，這是一種相當實用的。課堂內容的理解，提高分析和解決問題的能力，可以提高學習并獲得成就感。 實驗守則 實驗 典型環節及二階系統階躍響 （一）比例環節的階躍響應 （二）積分環節的階躍響 （三）慣性環節的階躍響應 11（四）比例積分微分環節的階躍響 13（五）二階系統的階躍響 14實驗二控制系統穩定性分 20附錄一THKKL-5型實驗箱使用簡 25附錄二“THKKL-5軟件”虛擬示波器的使 31實驗一典型環節及二階系統階躍響一驗目二驗儀THKKL-5THKKL-5三驗原理和電ZfR、C、LGsUosZ

Uis 畫出ZUis Uos（一）比例（P）環節的階躍響1.2180°均連接成反相放大器的形式。圖1.2的傳遞函數為GsKp Kp

11RiRfKp輸入ui為正階躍信號（2VRiRf，觀察uo1.1頭插到實驗箱，有USB的插頭插到USB卡，不得反接！另外，USB卡上的16線灰色USBUSB卡上，另一端為扁插頭，插到計算機前面板左側USB插口上。XPUSBWinXP桌面上的“THKKL-5KK1200200u u 2100(200//200K2003200100⑥出現“登錄 THKKL-5軟件的“虛擬示波器”工作窗口，單擊右上角“最大化”使窗口滿（E”波形一般將窗口的縱軸刻度設定為+10V~0~-10V。若刻度與此不符，應重新設定，方法是單“√，同時出“幅值設置框點擊對應窗口右”波形口”區中的AD1對應屏顯藍色波形，AD2對應紅色波波形：不選。略過 圖21Y10V線（橫軸）重合。Y2基準：對應紅色波形。設置同Y1Y1Y20V0V15V1.21.1中是由兩只200K（20V（20V（藍鍵15V2.00VA01的輸入處。對應紅波形A01的輸入側（ui）和輸出側（uo1.1①單擊虛擬示波器中“開始窗口中出現藍色水平線為ui紅色水平線為uo，0V位。ui0Vuo0V③單擊“停止波形定格不動。這時一次即完畢，以下為波形的電壓部狀態欄中的Y、X中。具體操作方法如下：按一般的使用習慣，拖動線的交點

ui

，uo

K4.12862.068 （二）分環節的階躍響1.41其傳遞函數為：Gs 。其中，積分時間常數Ti11單位階躍響應為：uot 1

（1V改變RiC，觀測uo1.221Cui、uo1u 210±15V，等到積分器飽和時斜線在+10V處出現平臺后，右手點擊“停止波形被點擊中“x軸放大”鍵（左起第11位，開啟波形橫向放大功能，便于（E（三）慣性環節的階躍響1.5C

傳遞函數Gs

1

fKf

，TRf tuotK1eT Cui、uo1100ui 210010（四）比例積分微分環節（PID調節器）的階躍1.6PIDR1A 11s12s 傳遞函數為：Gs KP TDs式中，1R1C1，2R2C2T

12C1R2 積分時間常數TI12R1C1微分時間常數

1

RCR 1 2PIDutK1tTtT TI式中：t為單位脈沖函數120（最大值（五）二階系統的階躍響A06A 1AW ui

11Ts11T2W1.7為典型二階系統的電路圖及方框圖。電路形式是一個雙閉環系統，其中內環是由A101Gs

11

T2s1 TT

Gs 12

s22ss2

1 s 1式中：n 1

W構成的分壓比

由此可知，二階系統的動態特性就可由和n（＊

1個積分器的時間常數相同，即TT，這樣可得出1

，所以觀察T T1察，而C1、C2（由1F變為2FC1uiuoM(R1uiu 2(R1按圖搭出電路，選擇第一組參數C1C21F220。0.000十字線波形的參數：MP、tS、n取數據。注意：每改變一次值后，要斷開階躍、積分器清零、開始、施加階躍、停改變C1C22F，重復上述實驗。測取相同值處的波形及參數，以便進2FA06、A10中的1F和外加的1F電容器并聯而成。思考題（二階系統的和n實驗制一驗目二驗儀三驗原理及說穩定的充要條件是其特征方程式的根全部位于S平面的左方。應用判據就可以判別閉S平面上的具體分布，從而確定系統是否穩定。使用的三階系統的電路圖和方框圖。該系統是由三個慣性環節串聯后，再經分壓器構成Gs

K1K2TTTs3(TTTTTT)s2(TTT)s(KKK12 1 1 2 12（2-KKK1K2

2222AWT3s

WT1200K10F2sT2200K1F0.2sT3510K1FK200K1， 200K

200K3.92，51K

510K5.1Gs

0.204s31.522s22.71s19.9910.204s31.522s22.71s19.991

00KKKKL19.23L0.962四驗方用改變負反饋分壓比KKKK（值uo值（值）下的波形變為等幅振蕩，該值即為系統臨界穩定時的開環增益，就是系統穩定KK值（值（2.4根據根的相應位置用判據判定這四種KK值下的系統是否穩定。五．操單擊屏幕右上角“關閉”按鈕，屏幕回到WinXP六．實驗報思考題實驗中階躍輸入信號的幅值變化對uo附錄THKKL-5型實驗箱使用介，THKKL-5型實驗箱是自動控制理論和計算機控制技術二種實驗臺合二為一的設備。由儀器的面板布局可以看出，第一行左起第一、二、塊為計算機控制技術實驗用的三大器及電路構成的模擬電路區，可以由用戶自由接線組成不同的控制系統模型，進行機箱的右上角為接口，通過DB-37插頭和16線排線插頭與箱外的THVLW-1型USB卡相連卡又通過USB電纜與計算機相連，這樣實驗箱中的模擬信號可D/A16線，虛擬示波器：在屏幕上開辟出一個示波器窗口，可作為一臺雙通道慢掃描長示波器使用，并可具備波形和數據處理的功能。、為模擬電路區、數字電壓表接口中的DB-37電纜（A/D部分、±15V直流穩壓、圖展現在面板上。元件的選擇通過插上相應的短路帽來實現，運放之間的連接則采用其位號為A01~A10。另外四個運放A11~A14接成固定的增益為-1的反相放大器。運放均由±15V供電，用直流穩壓電源區的±15V開關控制。對于A01~A10，每個運放上配備的元件都不相同，這樣在用運放構成特定的電路A03A01~A10處，為了構成積分電路，每個運放反饋回路中都可以連上電容器。如果電10K0（GND量輸出，DI1~DI8是開關量輸入，本實驗不使用。DB-37AD1~AD44路單AD2，或AD3AD4。其中AD1對應示波器的Y1（通道1，AD2對應Y2（通道2AD1使用藍色引線，AD2AD1和AD3和AD4（GNDGND連好，用戶不必再接。±15V穩壓電源：供給模擬電路區的運放及階躍信號發生器的工作電源。當開這里的“GND”是±15V、24V、±5V共有的。是送電到±5V兩個小插口上，供用戶使用。本實驗不用，恒處于關態。機箱外接220V交流電源的進線開關。需要特別的是，這個開關何時閉合上電是WinXP，出現“藍天草地”桌面后，在進入“THKKL-5”USB插頭拔出后再插上，此時雙擊“THKKL-5”圖標虛擬示波器應用軟件窗口，且示波器窗口的各圖注意：在實驗過程中，當進行搭建電路或更改布線時，應切斷±15V電源而不是總交交流總進線開關上電后，該表開始工作，LED屏亮。它也作為交流總進線開關兩個輸入測量插口中的黑色口是電壓表的GND，但它不與直流穩壓電源區及階躍信號區的GND相連，要由用戶自己連接。所以，電壓表的“+-GND。VP-P=14V。斜波和拋物波為極低頻率的緩變波形。低頻頻率計（本實驗不用在特定的運放單元處才能找到特定的元件，請按講義中指定的運放位號（A03）來選GNDGND都已和±15VGND在箱內連好，用戶不用接。布線或改線前應關±15V電源（注意不能關“交流總電源開關無誤后才能合上±15V電源。附錄THKKL-5軟件”虛擬示波器的使虛擬示波器是“THKKL-5軟件”的重要組成部分。從計算機啟動“THKKL-5軟件”后，虛擬示波器的工作窗口，關于如何進行硬件連接及軟件啟動的具體步驟，在使用，并能和輸出波形以及作各種數據處理。對于這臺虛擬示波器，其設計思路及使一．主菜單中的“示波器（E（E， “確定”鍵。由于THVLW-1型USBA/D轉換時，輸入電壓與二進制數的關系為-10V~+10V0~16383（A/D14位， 圖±10VUSB卡應能限幅保護并只輸出滿屏顯示。選取快捷中左起第8項也為此功能，可直接使用。暫停顯示：暫時不顯示波形。此時若按下右欄操作區中的“開始”也無波形。當設為“暫停顯示”后，若按下右欄操作區中的“停止，則“暫停顯示”被取Plot下述）Chart(X1,X2)，所以這里的“波形同步”不選。[Car(X)]項，當中一項，原來選擇即效五種操作快捷鍵中有相（1）x軸放大：在快捷中為左起第11項。在波形被定格（即按“停止采）（Ｅ（２）ｙ軸放大：在快捷中為左起第12項。縱向放大波形，使用時為上下拖x軸放大用法類似。xy軸放大：在快捷中為左起第13項。在二個方向放大波形，使用波形抓取：在快捷中為左起第14項。用來觀察當前屏幕上下左右以外區域的波形。壓住左鍵上下拖動可使屏幕上下滾動，這時可看到縱軸變為+10V和-10V以外的區域，例如+20V或-20V十字：在快捷中為左起第15項。用于精確測量波形各點在縱軸橫f(Hz)、X1、Y1、X2、Y2、X、Y、

地，藍色十字線的位置則由（X2,Y2）X、Y值同時變動。另外，X顯示縱線和藍十字縱線之間的坐標差值，紅線在藍線左側時為正值，表示超前；反之為負。Y則表示紅橫線和藍橫線間的坐標差值，紅線在藍線YV]豎線測量波形二點之間的寬度X期時，畫面底部的f(z0V刻度重V開始：左起第1項。開始波形，屏上即有顯示。相當于右欄中“開始采暫停：左起第2項。使當前波形暫時靜止，以便進量觀察。解除“暫停”停止：左起第3項。使波形停下來。相當于右欄中的“停止”鈕“停 AD參數：USBA/D、D/A12、通道（1-2、通道（3-41即將其選中，對應實驗箱中的AD1插口，在此插口插入導線即可作為示波器的探頭來測試外界信號，在屏幕上顯示藍色2對應AD2插口，顯示紅色波形。點擊通道（1-212，可作為雙線示波器使用。點擊通道（3-434，它們AD3AD434加有射極跟隨器，帶負載能力較強，在做AD3、AD4時，二通道必須同時有電GND。采樣頻率：設置USB卡的采樣頻率范圍為1~250KHz。單擊右側加減鍵可Chart模式時，可以任意調節采樣頻率。該原理是等間隔均勻1~20，等分為191120”對應每緩存長度數據只