1、自動控制原理實驗指導書電力學院自動控制原理實驗室二八年三月目 錄實驗一 典型環節的電路模擬與軟件仿真2實驗二 線性定常系統的瞬態響應7實驗三 線性系統穩態誤差的研究9實驗四 系統頻率特性的測量12實驗五 線性定常系統的串聯校正14附： THBDC-1控制理論·計算機控制技術實驗平臺簡介17實驗一 典型環節的電路模擬與軟件仿真一、實驗目的1熟悉并掌握THBDC-1型控制理論·計算機控制技術實驗平臺及上位機軟件的使用方法。2熟悉各典型環節的電路傳遞函數及其特性，掌握典型環節的電路模擬與軟件仿真研究。3測量各典型環節的階躍響應曲線，并了解參數變化對其動態特性的影響。二、實驗設備1

2、THBDC-1型控制理論·計算機控制技術實驗平臺2PC機1臺(含上位機軟件) USB數據采集卡 37針通信線1根 16芯數據排線 USB接口線3雙蹤慢掃描示波器1臺(可選)4萬用表1只三、實驗內容1設計并組建各典型環節的模擬電路；2測量各典型環節的階躍響應，并研究參數變化對其輸出響應的影響；3在上位機界面上，填入各典型環節數學模型的實際參數，據此完成它們對階躍響應的軟件仿真，并與模擬電路測試的結果相比較。四、實驗原理自控系統是由比例、積分、微分、慣性等典型環節按一定的關系連接而成。熟悉這些環節對階躍輸入的響應，對分析線性系統將是十分有益的。在附錄中介紹了典型環節的傳遞函數、理論的階躍

3、響應曲線和環節的模擬電路圖。五、實驗步驟1熟悉實驗臺，利用實驗臺上的各電路單元，構建所設計比例環節(可參考本實驗附錄)的模擬電路并連接好實驗電路；待檢查電路接線無誤后，接通實驗臺的電源總開關，并開啟±5V，±15V直流穩壓電源。2把采集卡接口單元的輸出端DA1、輸入端AD2與電路的輸入端Ui相連，電路的輸出端Uo則與采集卡接口單元中的輸入端AD1相連。連接好采集卡接口單元與PC上位機的通信線。待接線完成并檢查無誤后，操作“THBDC-1”軟件。具體操作步驟如下；1）打開PC機，運行軟件“THBDC-1”。2）運行“系統”“通道設置”命令，選擇相應的數據采集通道(如雙通道，通

4、道1-2)，然后點擊“開始采集”按鈕，進行數據采集。3）運行“窗口”“虛擬示波器”命令。在左邊選擇X-t顯示模式，在右邊選擇相應的數據顯示通道，同時點擊相應的“顯示”按鈕；然后點擊“虛擬示波器”左邊的“開始”按鈕開始采集實驗數據。3）運行“窗口”“信號發生器”命令，在信號波形類型中選擇“周期階躍信號”；信號幅度為“1V”；信號占空比為“100%”，其它選項的不變。4）改變虛擬示波器的顯示量程(S/div或ms/div)及輸入波形的放大系數，以便更清晰地觀測波形(一般選擇128ms/d)。5）點擊“虛擬示波器”上的“暫停”及“存儲”按鈕，保存實驗波形。3參照本實驗步驟1、2，依次構建相應的積分環

5、節、比例積分環節、比例微分環節、比例積分微分環節及慣性環節；并觀察各個環節實驗波形及參數。注意：凡是帶積分環節的，都需要在實驗前按下“鎖零按鈕”對電路的積分電容放電；實驗時再次按下“鎖零按鈕”取消鎖零。4點擊“仿真平臺”按鈕，根據環節的傳遞函數，在“傳遞函數”欄中填入該環節的相關參數，如比例積分環節的傳遞函數為：則在“傳遞函數”欄的分子中填入“0.1，1”， 分母中填入“0.1，0”即可，然后點擊“仿真”按鈕，即可觀測到該環節的仿真曲線，并可與實驗觀察到的波形相比較。注意：仿真實驗只針對傳遞函數的分子階數小于等于分母階數的情況，若分子階數大于分母階數（如含有微分項的傳遞函數），則不能進行仿真實

6、驗，否則出錯。5根據實驗時存儲的波形及記錄的實驗數據完成實驗報告。六、實驗報告要求1畫出各典型環節的實驗電路圖，并注明參數。2寫出各典型環節的傳遞函數。3根據測得的典型環節單位階躍響應曲線，分析參數變化對動態特性的影響。七、實驗思考題1用運放模擬典型環節時，其傳遞函數是在什么假設條件下近似導出的？2積分環節和慣性環節主要差別是什么？在什么條件下，慣性環節可以近似地視為積分環節？而又在什么條件下，慣性環節可以近似地視為比例環節？3在積分環節和慣性環節實驗中，如何根據單位階躍響應曲線的波形，確定積分環節和慣性環節的時間常數？八、附錄1比例（P）環節比例環節的傳遞函數與方框圖分別為 其模擬電路（后級

7、為反相器）和單位階躍響應曲線分別如圖1-1所示。其中；這里取 R1=100K，R2=200K，R0=200K。通過改變電路中R1、R2的阻值，可改變放大系數。 圖1-1 比例環節的模擬電路圖和單位階躍響應曲線實驗臺上的參考單元：U10、U52積分(I)環節積分環節的傳遞函數與方框圖分別為其模擬電路和單位階躍響應分別如圖1-2所示。 圖1-2 積分環節的模擬電路圖和單位階躍響應曲線其中 T=RC，這里取 C=10uF，R=100K，R0=200K。通過改變R、C的值可改變響應曲線的上升斜率。實驗臺上的參考單元：U7、U53比例積分(PI)環節積分環節的傳遞函數與方框圖分別為 其模擬電路和單位階躍

8、響應分別如圖1-3所示。其中，T=R1C，這里取C=10uF， R1=100K，R2=100K，R0=200K。通過改變R2、R1、C的值可改變比例積分環節的放大系數K和積分時間常數T。圖1-3 比例積分環節的模擬電路圖和單位階躍響應曲線實驗臺上的參考單元：U12、U54比例微分(PD)環節比例微分環節的傳遞函數與方框圖分別為： 其中 其模擬電路和單位階躍響應分別如圖1-4所示圖1-4 比例微分環節的模擬電路圖和單位階躍響應曲線這里取 C=10uF， R1=100K，R2=200K，R0=200K。通過改變R2、R1、C的值可改變比例微分環節的放大系數K和微分時間常數T。實驗臺上的參考單元：U

9、10、U55比例積分微分(PID)環節比例積分微分(PID)環節的傳遞函數與方框圖分別為 其中， （當KP=2，Ti =0.1，Td =0.1時）其模擬電路和單位階躍響應曲線分別如圖1-5所示。圖1-5 比例積分微分環節的模擬電路圖和單位階躍響應曲線其中C1=1uF，C2=1uF，R1=100K，R2=100K， R0=200K。通過改變R2、R1、C1、C2的值可改變比例積分微分環節的放大系數K、微分時間常數Td和積分時間常數Ti。實驗臺上的參考單元：U12、U5 6慣性環節慣性環節的傳遞函數與方框圖分別為其模擬電路和單位階躍響應曲線分別如圖1-6所示。其中，T=R2C，這里取C=1uF，R

10、1=100K，R2=100K，R0=200K。通過改變R2、R1、C的值可改變慣性環節的放大系數K和時間常數T。圖1-6慣性環節的模擬電路圖和單位階躍響應曲線實驗臺上的參考單元：U7、U5實驗二 線性定常系統的瞬態響應一、實驗目的1掌握線性定常系統動態性能指標的測試方法。2研究線性定常系統的參數對其動態性能和穩定性的影響。二、實驗設備 同實驗一。三、實驗內容1觀測二階系統的階躍響應，并測出其超調量和調整時間。2調節二階系統的開環增益K，使系統的阻尼比=，測出此時系統的超調量和調整時間。3調節系統的開環增益K，可使系統的阻尼比分別為：0<<1，1和>1三種。在實驗中觀測這三種情

11、況下系統的階躍響應曲線。四、實驗步驟1利用實驗平臺上的通用電路單元，設計一個由積分環節和一個慣性環節相串聯組成的二階閉環系統的模擬電路(具體可參考本實驗附錄的圖1-2)。待檢查電路接線無誤后，接通實驗平臺的電源總開關，并開啟±5V，±15V直流穩壓電源。注意：凡是帶積分環節的，都需要在實驗前按下“鎖零按鈕”對電路的積分電容放電；實驗時再次按下“鎖零按鈕”取消鎖零。2把采集卡接口單元的輸出端DA1、輸入端AD2與電路的輸入端相連，電路的輸出端則與采集卡接口單元中的輸入端AD1相連。連接好采集卡接口單元與PC上位機的通信線。待接線完成并檢查無誤后，在PC機上啟動“THBDC-1

12、”軟件。具體操作步驟如下；1）打開PC機，運行軟件“THBDC-1”。2）運行“系統”“通道設置”命令，選擇相應的數據采集通道(如雙通道，通道1-2)，然后點擊“開始采集”按鈕，進行數據采集。3）運行“窗口”“虛擬示波器”命令。在左邊選擇X-t顯示模式，在右邊選擇相應的數據顯示通道，同時點擊相應的“顯示”按鈕；然后點擊“虛擬示波器”左邊的“開始”按鈕開始采集實驗數據。4）運行“窗口”“信號發生器”命令，在信號波形類型中選擇“周期階躍信號”；信號幅度為“1V”；信號占空比為“100%”，其它選項的不變，點擊信號發生器“開始”。5）改變虛擬示波器的顯示量程(S/div或ms/div)及輸入波形的放

13、大系數，以便更清晰地觀測波形(一般選擇128ms/d)。6）點擊“虛擬示波器”上的“暫停”及“存儲”按鈕，保存實驗波形。3觀察二階系統模擬電路的階躍響應曲線，記錄時間及與其對應的輸出幅值，并測出其超調量和調節時間。 序號參數12345678tC(t)4改變二階系統模擬電路的開環增益K(改變圖1-2所示電路中Rx的阻值，具體數值參考本實驗附錄)，觀測當阻尼比為不同值時系統的動態性能。5根據計算機保存的實驗參數及波形，完成實驗報告。五、實驗報告要求1根據圖1-1的實驗電路圖，寫出其閉環傳遞函數。2根據測得參數畫出系統的單位階躍響應曲線，并求出超調量和調節時間，分析阻尼比對系統動態特性的影響。六、附

14、錄典型二階系統的方框圖為 圖2-1 二階系統的方框圖 ，系統的模擬電路如圖2-2所示（實驗臺上的參考單元：U6、U7、U10、U5）圖2-2 二階系統的模擬電路圖其中C1=1uF，C2=10uF，R1=100K，R2=100K，R0=200K，Rx阻值可調范圍為0100K。改變圖2-2中電位器Rx的大小，就能看到系統在不同阻尼比時的時域響應特性，其中 Rx=10K時 0<<1 Rx=47K時 >1 實驗三 線性系統穩態誤差的研究一、實驗目的1了解不同典型輸入信號對于同一個系統所產生的穩態誤差。2了解一個典型輸入信號對不同類型系統所產生的穩態誤差。3研究系統的開環增益K對穩態誤

15、差的影響。二、實驗設備同實驗一。三、實驗內容1觀測0型二階系統的單位階躍和斜坡響應，并測出它們的穩態誤差。2觀測型二階系統的單位階躍和斜坡響應，并測出它們的穩態誤差。3觀測型二階系統的單位斜坡和拋物線響應，并測出它們的穩態誤差。四、實驗原理下圖為控制系統的方框圖：該系統誤差E(S)的表達式為：式中G(S)和H(S)分別為系統前向通道和反饋通道中的傳遞函數。由上式可知，系統的誤差不僅與其結構參數有關，而且也與其輸入信號R(S)的大小有關。本實驗就是研究系統的穩態誤差與上述因素間的關系。有關0型、型和型系統跟蹤不同的輸入信號時穩態誤差的理論計算及其實驗參考模擬電路，請參見附錄。五、實驗步驟1利用實

16、驗平臺上的通用電路單元，設計(具體可參考本實驗附錄中的圖3-2)一個由兩個慣性環節組成的0型二階閉環系統的模擬電路。待檢查電路接線無誤后，接通實驗平臺的電源總開關，并開啟±5V，±15V直流穩壓電源。2把采集卡接口單元的輸出端DA1、輸入端AD2與電路的輸入端相連，電路的輸出端則與采集卡接口單元中的輸入端AD1相連。連接好采集卡接口單元與PC上位機的通信線。待接線完成并檢查無誤后，在PC機上啟動“THBDC-1”軟件。觀測0型二階模擬電路的階躍特性，保存實驗曲線并測出其穩態誤差。3參考實驗步驟2觀測0型二階模擬電路的斜坡響應曲線，并保存實驗曲線，據此確定其穩態誤差。4參考實

17、驗步驟1、2、3，設計(具體可參考本實驗附錄中的圖3-4)一個由一個積分環節（積分環節鎖零端的使用請參考實驗一的相關步驟）和一個慣性環節組成的型二階閉環系統的模擬電路。并用上位機軟件“THBDC-1”觀測該系統的階躍特性和斜坡特性，保存實驗曲線并分別測出其穩態誤差。5參考實驗步驟1、2、3，設計(具體可參考本實驗附錄中的圖3-6)一個由兩個積分環節和一個比例微分環節組成的型二階閉環系統的模擬電路。并用上位機軟件“THBDC-1”觀測該系統的斜坡特性和拋物線特性，保存實驗曲線并分別測出其穩態誤差。注意：1、以上實驗步驟2、3、4、5中的具體操作方法，請參閱“實驗一”中的實驗步驟2。6本實驗所用的

18、階躍信號、斜坡信號可由實驗平臺的“函數信號發生器”、上位機軟件的“信號發生器”或VBS腳本編輯器編程產生，但拋物線信號必須由上位機軟件的“信號發生器”或VBS腳本編輯器編程產生。六、實驗報告要求1畫出0型二階系統的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統在單位階躍和單位斜坡信號輸入時的穩態誤差。2畫出型二階系統的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統在單位階躍和單位斜坡信號輸入時的穩態誤差。3畫出型二階系統的方框圖和模擬電路圖，并由實驗測得系統在單位斜坡和單位拋物線函數作用下的穩態誤差。七、實驗思考題1為什么0型系統不能跟蹤斜坡輸入信號？2為什么0型系統在階躍信號輸入時一定有誤差存在？3為使系統的穩

19、態誤差減小，系統的開環增益應取大些還是小些？4解釋系統的動態性能和穩態精度對開環增益K的要求是相矛盾的，如何解決這對矛盾？八、附錄10型二階系統0型二階系統的方框圖和模擬電路圖分別為圖3-1和圖3-2所示。圖3-1 0型二階系統的方框圖 圖3-2 0型二階系統的模擬電路圖2型二階系統圖3-4和圖3-5分別為型二階系統的方框圖和模擬電路圖。圖3-4 型二階系統的方框圖圖3-5 型二階系統的模擬電路圖實驗臺上的參考單元：U6、U7、U103型二階系統圖3-6和圖3-7分別為型二階系統的方框圖和模擬電路圖。圖3-6 型二階系統的方框圖 圖3-7 型二階系統的模擬電路圖實驗臺上的參考單元：U6、U13

20、、U7、U8、U5實驗四 系統頻率特性的測量一、實驗目的1了解典型環節和系統的頻率特性曲線的測試方法。2根據實驗求得的頻率特性曲線求取傳遞函數。二、實驗設備同實驗一。三、實驗內容1慣性環節的頻率特性測試。2二階系統頻率特性測試。 4由實驗測得的頻率特性曲線，求取相應的傳遞函數。四、實驗原理設G(S)為一最小相位系統（環節）的傳遞函數。如在它的輸入端施加一幅值為Xm、頻率為的正弦信號，則系統的穩態輸出為 由式得出系統輸出，輸入信號的幅值比 顯然，是輸入X(t)頻率的函數，故稱其為幅頻特性。如用db（分貝）表示幅頻值的大小，則式可改寫為 在實驗時，只需改變輸入信號頻率的大小（幅值不變），就能測得相

21、應輸出信號的幅值Ym，代入上式，就可計算出該頻率下的對數幅頻值。 關于被測環節和系統的模擬電路圖，請參見附錄。五、實驗步驟1利用實驗平臺上的通用電路單元，設計一個慣性環節（可參考本實驗附錄的圖4-4）的模擬電路。待檢查電路接線無誤后，接通實驗平臺的電源總開關，并開啟±5V，±15V直流穩壓電源。2把采集卡接口單元的輸出端DA1、輸入端AD2與電路的輸入端相連，電路的輸出端則與采集卡接口單元中的輸入端AD1相連。連接好采集卡接口單元與PC上位機的通信線。待接線完成并檢查無誤后，在PC機上啟動“THBDC-1”軟件。具體操作步驟如下： 點擊“通道設置”按鈕，選擇相應的數據采集通

22、道（雙通道），然后點擊“開始采集”按鈕，進行數據采集。 點擊“虛擬示波器”按鈕，選擇“Bode”圖顯示模式，然后點擊 “開始”按鈕。 點擊“信號發生器”按鈕，選擇“正弦波信號”，并設置好信號幅值，然后點擊“變頻輸出（頻率范圍為0.130Hz）”及“開始”按鈕，即可觀測環節的幅頻特性。注：與操作順序不可顛倒。 點擊“暫停”及“存儲”按鈕”，保存實驗波形。3利用實驗平臺上的通用電路單元，設計一個二階閉環系統（可參考本實驗附錄的圖4-7）的模擬電路。完成二階系統閉環頻率特性曲線的測試，并求取其傳遞函數。具體操作步驟請參考本實驗步驟2。4根據實驗時存儲的波形完成實驗報告。六、實驗報告要求1寫出被測環節

23、和系統的傳遞函數，并畫出相應的模擬電路圖。2把實驗測得數據列表，繪出它們的Bode圖，并分析實測的Bode圖產生誤差的原因。3根據由實驗測得二階閉環頻率特性曲線，寫出該系統的傳遞函數。七、實驗思考題1在實驗中如何選擇輸入正弦信號的幅值？2用示波器測試相頻特性時，若把信號發生器的正弦信號送入Y軸，被測系統的輸出信號送至X軸，則根據橢圓光點的轉動方向，如何確定相位的超前和滯后？3根據上位機測得的Bode圖的幅頻特性，就能確定系統（或環節）的相頻特性，試問這在什么系統時才能實現？ 八、 附錄1慣性環節 電路圖為：圖4-1 慣性環節的電路圖 圖4-2 典型二階系統的方框圖其中 C=1uF，R1=100

24、K，R2=100K，R0=200K其幅頻特性為實驗臺上的參考單元：U7、U53二階系統傳遞函數和方框圖為： 其模擬電路圖為 圖4-3 典型二階系統的電路圖其中Rx可調。這里可取100K、10K兩個典型值。實驗臺上的參考單元：U6、U10、U5實驗五 線性定常系統的串聯校正在系統分析的基礎上，引入某些參數可以根據需要而改變的輔助裝置，來改善系統的性能，這里所用的輔助裝置又叫校正裝置。一般來說，原始系統除放大器增益可調外，其結構參數不能隨意改變，有的地方將這些部分稱之為“不可變部分”。這樣的系統常常不能滿足要求。如為了改善系統的穩態性能可考慮提高增益，但系統的穩定性常常受到破壞，甚至有可能造成不穩

25、定。為此，人們常常在 系統中引入一些特殊的環節校正裝置，以改善其性能指標。在試驗應用中，如何根據試驗條件和要求來正確選擇校正裝置是我們必須掌握的技能。本實驗為設計性實驗，對給定系統串聯超前校正進行研究，以知道我們合理設計與選用校正裝置。一、實驗目的1熟悉串聯校正裝置的結構和特性；2掌握串聯校正裝置的設計方法和系統的實時調試技術。二、實驗設備同實驗一。三、實驗內容1觀測未加校正裝置時系統的動、靜態性能。2按動態性能的要求，分別用時域法或頻域法（期望特性）設計串聯校正裝置。3觀測引入校正裝置后系統的動、靜態性能，并予以實時調試，使之動、靜態性能均滿足設計要求。4利用上位機軟件，分別對校正前和校正后

26、的系統進行仿真，并與上述模擬系統實驗的結果相比較。四、實驗原理下圖是一串聯校正系統的方塊圖：圖中校正裝置Gc（S）與實驗電路G0（S）是串聯相連接。串聯校正裝置有兩種：一種是超前校正，它是利用超前校正裝置的相位超前特性來改善系統的動態性能；另一種是滯后校正，它是利用滯后校正裝置的高頻幅值衰減特性，使系統在滿足靜態性能的前提下又能滿足其動態性能的要求。本實驗采用串聯超前校正，使校正后的系統同時能滿足動態和穩態性能的要求。有關串聯校正裝置的設計和實驗系統的模擬電路，請參看附錄。五、實驗步驟1利用實驗臺上的各通用單元，組建所設計二階閉環系統的模擬電路圖（參考本實驗附錄中的圖5-1），并連接好實驗電路

27、；當檢查接線無誤后，接通實驗臺的電源總開關，并開啟±5V，±15V直流穩壓電源。2把采集卡接口單元的輸出端DA1、輸入端AD2與電路的輸入端相連，電路的輸出端則與采集卡接口單元中的輸入端AD1相連。連接好采集卡接口單元與PC上位機的通信線。待接線完成并檢查無誤后，在PC機上啟動“THBDC-1”軟件。在系統的輸入端輸入一階躍信號，觀測該系統的穩定性和動態性能指標。具體步驟參考實驗一的步驟2。3參閱本實驗的附錄，按對系統性能指標的要求設計串聯校正裝置的傳遞函數和相應的模擬電路。4利用實驗平臺，根據步驟3設計校正裝置的模擬電路(具體可參考本實驗附錄的圖5-3)，并把校正裝置串接

28、到步驟1所設計的二階閉環系統的模擬電路中（圖5-4）。然后輸入一階躍信號，觀測該系統的穩定性和動態性能指標。5改變串聯校正裝置的相關參數，使系統的性能指標均滿足預定的設計要求。6利用上位機軟件提供的軟件仿真功能，完成線性系統串聯校正的軟件仿真研究，并對電路模擬與軟件仿真結果進行相比較。利用上位機軟件提供的軟件仿真功能完成線性系統軟件仿真的具體操作方法請參閱“實驗一”中的實驗步驟4。7根據實驗時存儲的波形完成實驗報告。六、實驗報告要求1根據對系統性能的要求，設計系統的串聯校正裝置，并畫出它的電路圖。2根據實驗結果，畫出校正前系統的階躍響應曲線及相應的動態性能指標。3觀測引入校正裝置后系統的階躍響

29、應曲線，并對實驗所得的性能指標與理論計算值作比較。4實時調整校正裝置的相關參數，使系統的動、靜態性能均滿足設計要求，并分析相應參數的改變對系統性能的影響。七、實驗思考題1加入超前校正裝置后，為什么系統的瞬態響應會變快？2什么是超前校正裝置和滯后校正裝置，它們各利用校正裝置的什么特性對系統進行校正？3實驗時所獲得的性能指標為何與設計時確定的性能指標有偏差？八、附錄 1時域校正法加校正前系統的方框圖和模擬電路分別如圖5-1和圖5-2所示。圖5-1二階閉環系統的方框圖圖5-2 二階閉環系統的模擬電路圖實驗臺上的參考單元：U6、U7、U10、U52期望特性校正法根據給定的性能指標，確定期望的開環對數幅

30、頻特性L(w)，并令它等于校正裝置的對數幅頻特性Lc(w)和未校正系統開環對數幅頻特性L0(w)之和，即 L(w)= Lc(w)+ L0(w)當知道期望開環對數幅頻特性L(w)和未校正系統的開環幅頻特性L0(w)，就可以求出校正裝置的對數幅頻特性 Lc(w)= L(w)-L0(w)設未校正系統如圖5-3所示， 圖5-3 二階系統的方框圖圖中 ，K=K1K2=2則相應的模擬電路為圖5-4 二階系統的模擬電路圖實驗臺上的參考單元：U6、U7、U10、U5附： THBDC-1控制理論·計算機控制技術實驗平臺簡介THBDC-1型控制理論·計算機控制技術實驗平臺主要是針對 “控制理論

31、”及“計算機控制技術”這兩門課程而設計的。在實驗的設計上用運放來模擬各種受控對象的數學模型，另外還增加了實驗中經常使用到的低頻信號發生器、交直流數字電壓表，便于實驗室其它地方的使用。一、硬件部分1直流穩壓電源直流穩壓電源輸出為±5V、±15V及+24V。2低頻信號發生器見實驗平臺的低頻函數信號發生器單元。低頻信號發生器由單片集成函數信號發生器ICL8038及外圍電路組合而成，主要輸出有正弦信號、三角波信號、方波信號、斜坡信號和拋物線信號。輸出頻率分為T1、T2、T3為三檔。每一檔正弦信號的范圍為：0.1Hz3.3Hz，2.5Hz86.4Hz，49.8Hz1.7KHz；Vp-

32、p值為25V，而方波信號輸出幅度的Vp-p值為15V。使用時可根據需要選擇合適頻率的檔并且調節“頻率調節”和“幅度調節”兩個電位器即可調節輸出信號的頻率和幅值。3實驗通用單元電路見實驗平臺的U1U17單元。這些單元主要由運放、電容、電阻、電位器和一些自由布線區等組成。通過接線和短路帽的選擇，可以模擬各種受控對象的數學模型。其中U1為能控性與能觀性單元，U2為無源器件單元，U3為帶調零端的運放單元，U4為非線性單元，U5反相器單元，U6-U17為通用單元電路主要用于比例、積分、微分、慣性等環節電路的構造。4USB數據采集卡及接口單元數據采集卡采用THBXD，它可直接插在IBM-PC/AT 或與之

33、兼容的計算機內，其采樣頻率為250K；有4路單端A/D模擬量輸入，2路D/A模擬量輸出，A/D與D/A轉換精度均為12位；16路開關量輸入，16路開關量輸出。接口單元則放于實驗平臺內，用于實驗平臺與PC上位機的連接與通訊。數據采集卡接口部分包含模擬量輸入輸出(AI/AO)與開關量輸入輸出(DI/DO)兩部分。其中列出AI有6路，AO有2路，DI/DO各8路。二、上位機軟件使用說明上位機軟件集虛擬示波器、VBScript腳本編程器、函數信號發生器等于一身。其中虛擬示波器用于顯示實驗波形，并具有圖形和數據存儲、打印功能；VBScript腳本編程器則提供了一個開放的編程環境，用戶可編寫各種算法及控制程序；函數信