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1、目录一、 实验须知1.二、实验参考指南 2.（一）模拟实验平台单元电路 2（二）虚拟仪器软件使用说明 10三、实验项目17实验一 典型环节的时域响应 1.7实验二 典型系统的时域响应和稳定性分析 23实验三线性系统的根轨迹分析27实验四线性系统的频率响应分析31实验五线性系统的校正37附录一 对象整定的方法 41附录二 模拟平台布局图 42实验须知1实验中的设备、仪器、仪表都是国家财产，应该倍加爱护。2实验前一定做好预习，明确实验目的、内容，拟定好实验线路，操作步骤，并将这些 内容写入预习报告，不写预习报告不准做实验。3实验准备就绪后，应该经指导老师检查无误后方可实验，不得擅自实验。4对于TD
2、-ACC+系统来说，由于安装了高效开关电源，重新开启电源和上一次断开之 间的时间应大于30s，因此不要过于频繁地开启设备电源。若实验装置中有短路现象，系统 电源将处于保护状态，并自动停止工作。对于此种情况，应该立即将电源开关关闭，待短路故障排除后，重新开启电源开关就可。5实验中，同学之间应发扬团结、互助合作的集体主义思想，共同做好实验。6做完实验后，应将实验用的排线、锥线等收拾整齐，千万不要散乱地放在实验箱中，以免下次做实验引起短路。做完实验后也应及时将箱盖合上，注意防尘，保持设备的整洁和完好。7实验结束后每位同学必须写出实验分析报告。二、实验参考指南（一）模拟实验平台单元电路1.控制计算机扩
3、展单元在做自动控制原理实验时，该单元不需要插控制计算机系统板，此时插座上各管脚没有实际意义，留作系统扩展用。用户可根据需要选配i386EX系统板或SST51系统板，此时控制计算机单元的各信号线均具有实际意义，可支持基于 80X86的计算机控制技术或基于51单片机的计算机控制技术实验教学，至于插座上的各管脚定义，在相应的系统板的用户手册中有详细的介绍。2.信号源其原理见图2.1-1，图中画“O”的信号已以排针或锥孔引出，以下的各单元均如此。此单元可产生重复的阶跃、斜坡、抛物波三种典型信号，且信号的幅值、频率通过多圈电位器可以进行调节， 调节的范围如图中所示。 为了使运算放大器为零初始状态并且积分
4、漂 移不致累加增多，设置了锁零电路，其原理是各运放所接的反馈阻抗短路，此时场效应管 K30A的D、S端导通。信号源单元的“ S”端为多谐振荡器 MC1455的方波输出端，当“S”与“ ST”短接时有锁零操作（S端的方波信号非零时不锁，为零时锁），此时“ OUT”端可产生三种信号：方波、斜波和抛物波；当“ST”端与“ S”端断开，而与“ +5V”短接时，无锁零操作，“OUT ”端无信号输出，“S”端仍然产生方波信号。文中所提到的短接可 用板上现成的短路块短接。值得注意的是，由于锁零操作的存在，所以产生的斜坡、抛物波的运放也锁零，若多谐振荡器MC1455产生的信号周期过长或信号幅度过大，斜坡，抛物
5、波曲线后部将变平。图 中的“ NC”为毛刺信号发生端，是在方波信号的基础上微分得到的，供数字滤波实验使用。、点上b-3中b-cWf-方波1 S!ITKG频率町调的方波利K C3i FLTL71I OKGND蔺数笈生器IIIHIKMZZrL0S4TL0JI4XCCK3&A场熾应管KJOA图 2.1-13 正弦波其原理图如图2.1-2所示:图 2.1-2本电路由两部分构成：正弦波函数发生器及调幅部分。第一部分：正弦波发生器由于增加了波形调整电路，使正弦波的失真度减小到0.5%左右。该电路是一个频率可调的函数发生器，其最高频率与最低频率之比可达100:1。第二部分：主要是由LM324运放构成的比例电
6、路。 通过调节调幅电位器， 可对第一部 分产生的原始正弦波的幅值进行调整（-10V之间），从而达到调幅的目的。因为这两部分各自独立，所以可以实现调幅和调频互不干扰。图中S1、S2、S3电位器是调整正弦波的失真度，其中S1电位器是调整正弦波的斜度，而S2、S3电位器分别调整正弦波的正负对称性。4 采样保持器单元其原理图如图2.1-3所示：图 2.1-3采样保持单元由两片采样器LF398以及一片 MC14538单稳电路构成。其中“ IN ”为采样保持器输入，“OUT ”为输出，输入输出电平范围为_12V。“PU”为控制端，用逻辑电平控制，高电平采样，低电平保持，采样时间约为10卩S。采样保持器用于
7、模拟系统采样，其输出给 A/D器件时，可以缩小因 A/D器件转换时间（约100卩S）带来的误差。5 单次阶跃其原理图如下图2.1-4所示：GND Z -5V00 O22K多圉电位器+ 5VGNO图 2.1-4本系统的单次阶跃信号发生器是由一个单节拍脉冲电路来实现的，通过一个22K多圈电位器可以调节输出阶跃信号的幅值。6.运放单元本系统配备了一组单元化了的运放电路，用以实现各种形式以及各种阶次的模拟电路。该单元把实验常用的电阻、电容一端接在运放的输入端，另一端可以根据实验需要用短路块灵活方便地把所需的元件接入运放单元中，具有极高的实验接线效率和实验成功率；同时也在运放的输入输出端留有圆孔插座，用
8、户可以选择其它的元件来自己扩展实验。下面就运放单元的使用，举一简单的例子加以说明。以比例环节为例，传递函数为G(S) = K = Rf / Ro = 200K / 100K = 2阶跃信号的产生：参照下图2.1-5接线，将信号源单元的“ ST”端(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(每个运放单元均设置了锁零场效 应管)，这时各运放处于无锁零控制的工作状态。按下图连接阶跃信号单元，按动按钮，可 产生单次阶跃信号，用示波器单元的表笔测量并观察“Y”端的输出波形，调节电位器，使幅值为2V，信号周期受按钮接触的时间控制。选择相应的运放单元，用短路块短接100K
9、(Ro = 100K)的输入电阻。在该运放单元的“ IN”和“ OUT”之间选择200K (Rf = 200K) 的电阻，用短路块将 其接入。注意反馈支路上其它阻容元件应断开。同样的道理，若搭接积分环节，用“短路块”将所需的电容短接，这样就可构成简单的积分环节。对于其它的环节，接法可参照以上说明,在此不再赘述。将阶跃信号加到该运放单元的输入端， 按动按钮，用示波器单元的“ CH1 ”和“ CH2 路表笔观察阶跃信号的波形 Ui及运放单元的输出端（OUT）波形U。调整Rf或Ro的阻值， 使 其放大倍数改变。响应曲线如下图 2.1-6所示。其中，Ui指输入信号；Uo指输出信号。2UiUo图 2.1
10、-6说明：各运放单元原理相同，只是输入、反馈电阻的阻值不同（参照附录），用户可以根据自己的需要进行选择使用。为了方便实验接线，每个单元也增加了过渡插孔和“GND”（地） 插孔。7.辅助单元该单元作为运放反馈电路，根据实验的要求可以和运放组合构成比例、比例积分、比例微分、比例积分微分环节。这些环节的构成只需使用锥体导线和短路块，接线方便又快捷。其实验原理图如下图 2.1-7所示：图 2.1-7&反相器该单元实现信号的等幅反相功能。原理图如下图2.1-8所示:图 2.1-89模数转换单元模数单元采用 ADC0809芯片，主要包括多路模拟开关和A/D转换器两部分。其主要特点为：单电源供电、工作时钟C
11、LOCK最高可达到1200KHZ、8位分辨率、8个单端模拟输入端（IN0IN7）、TTL电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。通过三端地址码 A、B、C多路开关可选通8路模拟输入的任何一路进行A/D变换。其中IN0对地接500 Q电阻，构成电烤箱控制实验中的温度传感器专用输入通道；IN1IN5的模拟量输入允许范围：0V4.98V ,对应数字量 00HFFH, 2.5V 对应80H ; IN6和IN7两 路由于接了上拉电阻，所以模拟量输入允许范围：-5V+4.96V，对应数字量 00HFFH ,0V对应80H。 TD-ACC+教学系统中的 ADC0809芯片，其输出八位数据线以及CLOCK线已
12、连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK (1MHz)上。其它控制线根据实验要求可另外连接(A、B、C、STR、/OE、EOC、INO IN7)。11 Mil/) iMCt.KCLOCKO0OO E A n CE21201 01 ysa-1561417711p77孕28251242J1645ADCOSOQI OK悴制汁讣机(xrxi XP7-5V图 2.1-9如上图2.1-9所示。此单元结合系统板,用于计算机控制技术实验中，在自动控制原理实验中暂时不用。10.电源描示灯O电源丿陕图 2.1-10提供二12V/0.2A , +5V/2A , -5V/0.2A，供系统和用户使用。原理图如上图
13、2.1-10所示。11温度单元图 2.1-11通过7805芯片产生+5V的稳定电压并和一个 24 1的假负载电阻构成一个供电回路。 由于回路处于重载状态，所以通过控制1(+)端电压的可使7805芯片发热状况得以改变。7805 芯片的温度在这里是用热敏电阻来测量的，由此就可以对该单元实现温度的闭环控制了。由于7805裸露在外散热迅速，所以实验控制的最佳温度为5070C。 原理图如上图2.1-11所示。12.虚拟仪器单元(1) 示波器本单元替代了计算机控制技术、自动控制原理实验中使用的长余辉型示波器。启动集成软件中的示波器功能将在PC机上显示被测波形。CH1、CH2对应波形衰减倍数为 10、5、2
14、、1、 0.5、 0.2、 0.1。(2) 电阻/电容测量本单元替代了数字万用表，用来测量电阻(2002M)、电容值(0.001uf10uf)。“ + ”、“一”排孔 俵笔)是用来插被测电阻或电容元件。当测量电压值时用示波器单元的“CH1”路作为电压值的测量表笔，将“CH2”接地。启动集成软件中的万用表功能，所测的电阻值、电容值、电压值将在 PC机屏幕上显示。(3) 频率特性测量系统提供正弦信号，由“ SIN ”端输出，加至被测对象的输入端，“SL ”为对象锁零控制端。结合上位机软件，可完成频率特性的测量。小按钮为虚拟仪器的复位键。（二）虚拟仪器软件使用说明该软件集成了一组功能强大的数字化虚拟仪器界面，具有双踪超低频数字存贮示波器（用于时域曲线的实时测量和分析）、频率特性分析、X-Y测量、阻容/电压值测量等。1.示波器（时域测量）1）图形及参数显示说明|T1 -T2| = 929.7 msM -V2| = 2.437 v11T1-T2| = 1.08 Hz|V1 -V2I = 2.487 V图形显示可同时显示两路波形或只显示一路波形，用鼠标拖动或键盘方向键移动游标
