南京工程学院自动控制原理基础实验指导重点

自动控制原理实验指导书王芳、杨志超编写南京工程学院电力工程学院二〇〇七年十二月目 录12MATLAB ..311.11MATLAB 1822.22MATLAB 2732.32MATLAB 3742.42MATLAB 45.53GDS2026 53自动控制原理试验前言本实验指导书是为了配合学生《自动控制原理》课程实验操作而编写的，主要目的是指导学生完成该课程实验。《自动控制原理》作为电气工程及其自动化专业的专业基础课程，在教学中占有重要地位，同时该课程具有很强的实践性，其实验教学内容将直接影响本课程的教学效果。本课程实验采用ACCT-III实验装置和MATLAB软件进行实验，利用实验装置及计算机软件技术，以模拟电路设计、连接和测试为硬件平台，以MATLAB仿真为软件平台，实现对自动控制系统基本理论和分析方法的验证以及控制系统的综合分析设计。在该课程实验中，通过硬件电路实验，使学生掌握由电路模拟基本环节、控制器设计和调试等；通过软件掌握实验数据的测量和获取，以及数据处理方法；通过软件设计，再用硬件实现并调试，使学生掌握控制系统设计的基本方法，并提高其综合实验的应用能力。通过该课程实验，使学生对控制系统模拟电路的设计、调试、数据的获取以及MATLAB软件的基本使用、仿真实验数据的获取、整理、分析以及控制系统设计的综合实验能力、实验报告的撰写等基本技能得到训练。1自动控制原理试验模拟电路实验系统简介实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACCT-III实验箱、USB2.0通讯线等组成。ACCT-III实验箱内装有以 C8051F060芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过 USB口与PC微机连接。ACCT-III实验箱主要由电源部分U1单元、信号源部分U2单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、元器件单元U4、非线性单元U5～U7以及模拟电路单元U8～U16等共16个单元组成，详见附图。电源单元U1包括电源开关、保险丝、＋ 5V、－5V、＋15V、－15V、0V以及1.3V～15V可调电压的输出，它们提供了实验箱所需的所有工作电源。信号源单元U2可以产生频率与幅值可调的周期方波信号、周期斜坡信号、周期抛物线信号以及正弦信号，并提供与周期阶跃、斜坡、抛物线信号相配合的周期锁零信号。该单元面板上配置的拨键 S1和S2用于周期阶跃、斜坡、抛物线信号的频率段选择，可有以下4种状态：①S1和S2均下拨——输出信号周期的调节范围为2～60ms；②S1上拨、S2下拨——输出信号周期的调节范围为0.2～6s；③S1下拨、S2上拨——输出信号周期的调节范围为20～600ms；④S1和S2均上拨——输出信号周期的调节范围为0.16～7s；另有电位器RP1用于以上频率微调。电位器RP2、RP3和RP4依次分别用于周期阶跃、斜坡与抛物线信号的幅值调节。在上述S1和S2的4种状态下，阶跃信号的幅值调节范围均为 0～14V；除第三种状态外，其余3种状态的斜坡信号和抛物线信号的幅值调节范围均为 0～15V；在第三种状态时，斜坡信号的幅值调节范围为 0～10V，抛物线信号的幅值调节范围为 0～2.5V。信号单元面板上的拨键S3用于正弦信号的频率段的选择：当S3上拨时输出频率范围为140Hz～14KHz；当S3下拨时输出频率范围为2～160Hz。电位器RP5和RP6分别用于正弦信号的频率微调和幅值调节，其幅值调节范围为 0-14V。2自动控制原理试验MATLAB 仿真集成环境简介Simulink是可视化动态系统仿真环境。1990年正式由Mathworks公司引入到MATLAB中，它是Slmutation和Link的结合。这里主要介绍它的使用方法和它在控制系统仿真分析和设计操作的有关内容。1、进入Simulink操作环境双击桌面上的MATLAB图标，启动MATLAB，进入开发环境，如图 0.1所示：图0.1MATLAB开发环境从MATLAB的桌面操作环境画面进入Simulink操作环境有多种方法，介绍如下：①点击工具栏的 Simulink图标 ，弹出如图0.2的图形库浏览器画面。②在命令窗口键入“simulink命”令，可自动弹出图形库浏览器。上述两种方法需从该画面 “File下”拉式菜单中选择“New/Model”，或点击图标 ，得到图0.3的图形仿真操作画面。③从“File下”拉式菜单中选择“New/Model”，弹出图0.3所示的未命名的图形仿真操作画面。从工具栏中点击图形库浏览器图标，调出图0.2的图形库浏览器画面。图0.3用于仿真操作，图0.2的图形库用于提取仿真所需的功能模块。3自动控制原理试验图0.2Simulink图形库浏览器画面图0.3simulink仿真操作环境画面2、提取所需的仿真模块在提取所需仿真模块前，应绘制仿真系统框图，并确定仿真所用的参数。图0.2中的仿真用图形库，提供了所需的基本功能模块，能满足系统仿真的需要。该图形库有多种图形子库，用于配合有关的工具箱。下面将对本书中实验可能用到的功能模块作一个简单介绍。1）Sources（信号源模块组）点击图0.2图形库浏览器画面中的 Sources，界面右侧会出现各种常用的输入信号，4自动控制原理试验如图0.4所示。图0.4信号源模块组·In（输入端口模块）——用来反映整个系统的输入端子，这样的设置在模型线性化与命令行仿真时是必需的。·SignalGenerator（信号源发生器）——能够生成若干种常用信号，如方波信号、正弦波信号、锯齿波信号等，允许用户自由调整其幅值、相位及其它信号。·FromFile（读文件模块）和FromWorkspace（读工作空间模块）——两个模块允许从文件或MATLAB工作空间中读取信号作为输入信号。·Clock（时间信号模块）——生成当前仿真时钟，在于事件有关的指标求取中是很有意义的。·Constant（常数输入模块）——此模块以常数作为输入，可以在很多模型中使用该模块。·Step（阶跃输入模块）——以阶跃信号作为输入，其幅值可以自由调整。·Ramp（斜坡输入模块）——以斜坡信号作为输入，其斜率可以自由调整。·SineWave（正弦信号输入模块）——以正弦信号作为输入，其幅值、频率和初相位可以自由调整。·PulseGenetator（脉冲输入模块）——以脉冲信号作为输入，其幅值和脉宽可以自由调整。2）Continuous（连续模块组）5自动控制原理试验连续模块组包括常用的连续模块，如图 0.5所示。图0.5连续模块组·Derivative（微分器）——此模块相当于自动控制系统中的微分环节，将其输入端的信号经过一阶数值微分，在其输出端输出。在实际应用中应该尽量避免使用该模块。·Integrator（积分器）——此模块相当于自动控制系统中的积分环节， 将输入端信号经过数值积分，在输出端输出。·TransferFcn（传递函数）——此模块可以直接设置系统的传递函数，以多项式的比值形式描述系统，一般形式为G(s)bmsmbm1sm1b1sb0，其分子分母多项式的系snan1sn1a1sa0数可以自行设置。·Pole-Zero（零极点）——将传递函数分子和分母分别进行因式分解，变成零极点表达形式G(s)K(sz1)(sz2)(szm)，其中zi（系统的零点）、pj（系统的极点）可以(sp1)(sp2)(spn)自行设置。·TransportDelay（时间延迟）——此模块相当于自动控制系统中的延迟环节，用于将输入信号延迟一定时间后输出，延迟时间可以自行调整。3）MathOperations（数学函数模块组）数学函数模块组包含各种数学函数运算模块，如图 0.6所示。·Gain（增益函数）——此模块相当于自动控制系统中的比例环节，输出信号等于输入信号的乘以模块中种指定的数值，此数值可以自行调整。·Sum（求和模块）——此模块相当于自动控制系统中的加法器，将输入的多路信号进行求和或求差。·其它数学函数，如 Abs（绝对值函数）、Sign（符号函数）、RoundingFunction（取整模6自动控制原理试验块）等。图0.6数学函数模块组4）Sinks（输出池模块组）输出池模块组包含那些能显示计算结果的模块，如图0.7所示。图0.7输出池模块组·Out（输出端口模块）——用来反映整个系统的输出端子，这样的设置在模型线性化与命令行仿真时是必需的，另外，系统直接仿真时这样的输出将自动在MATLAB工作空间中生成变量。·Scope（示波器模块）——将其输入信号在示波器中显示出来。·x-yGraph（x-y示波器）——将两路输入信号分别作为示波器的两个坐标轴，将信号的相轨迹显示出来。·ToWorkspace（工作空间写入模块）——将输入的信号直接写到 MATLAB的工作空间7自动控制原理试验中。·ToFile（写文件模块）——将输入的信号写到文件中。·Display（数字显示模块）——将输入的信号以数字的形式显示出来。·StopSimulation（仿真终止模块）——如果输入的信号为非零时，将强行终止正在进行的仿真过程。·Terminator（信号终结模块）——可以将该模块连接到闲置的未连接的模块输出信号上，避免出现警告。从图0.2中用鼠标点击打开所需子图形库，用鼠标选中所需功能模块，将其拖曳到图0.3中的空白位置，重复上述拖曳过程，直到将所需的全部功能模块拖曳到图0.3中。拖曳时应注意下列事项：（1）根据仿真系统框图，选择合适的功能模块进行拖曳，放到合适的位置，以便于连接。（2）对重复的模块，可采用复制和粘贴操作，也可以反复拖曳。（3）功能模块和图0.3的大小可以用鼠标移动到图标或图边，在出现双向箭头后进行放大或缩小的操作。（4）选中功能模块的方法是直接点击模块，用鼠标选定所需功能模块区域来选中区域内所有功能模块和连接线，点击选中，并按下“shift键”，再点击其它功能模块。3、功能模块的连接根据仿真系统框图，用鼠标点击并移动所需功能模块到合适的位置，将鼠标移到有关功能模块的输出端，选中该输出端并移动鼠标到另一个功能模块的输入端，移动时出现虚线，到达所需输入端时，释放鼠标左键，相应的连接线出现，表示该连接已完成。重复以上的连接过程，直到完成全部连接，组成仿真系统。4、功能模块参数设置使用者需设置功能模块参数后，方可进行仿真操作。不同功能模块的参数是不同的，用鼠标双击该功能模块自动弹出相应的参数设置对话框。例如，图0.8是TransferFcn（传递函数）功能模块的对话框。功能模块对话框由功能模块说明和参数设置框组成。功能模块说明框用于说明该功能模块使用的方法和功8自动控制原理试验能，参数框用于设置该模块的参数。 TransferFcn的参数框由分子和分母多项式两个编辑框组成，在分子多项式框中，用户可输入系统模型的分子多项式， 在分母多项式框中，输入系统模型的分母多项式。设置功能模块的参数后，点击 OK进行确认，将设置的参数送仿真操作画面，并关闭对话框。图0.8TransferFcn（传递函数）模块参数设置对话框5、仿真器参数设置点击图0.3操作画面“Simulation下”拉式菜单“SimulationParameters选”项，弹出如图0.9所示的仿真参数设置画面。共有Solver、WorkspaceI/O、Diagnostics、Advanced和Real-TimeWorkshop等五个页面。在Solver中设置SolverType、Solver（步长）等。仿真操作时，可根据仿真曲线设置终止时间和最大步长，以便得到较光滑的输出曲线。6、示波器参数设置当采用示波器显示仿真曲线时，需对示波器参数进行设置。双击 Scope模块，弹出如图0.10所示的示波器显示画面，点击画面的图标 ，弹出如图0.11所示的示波器属性对话框，分2个页面，用于设置显示坐标窗口数、显示时间范围、标记和显示频率或采样时间等。时间范围可以在示波器属性对话框里的 General页中的Timerange设置，设置值应与仿真器终止时间一致，以便最大限度显示仿真操作数据。鼠标右键点击示波器显示窗口，从弹出菜单选择“Autoscale，”或直接点击图标 ，可在响应曲线显示后自动调整纵坐标范围；从弹出菜单选择 “Savecurrentaxessettings，”或直接点击图标 ，将当前坐标轴范围的设置数据存储。此外，还有打印、放大或恢复等操作。9自动控制原理试验图0.9仿真参数设置画面图0.10示波器显示画面 图0.11示波器属性对话框7、运行仿真模型编辑好后，点击图 0.3操作画面“Simulation下”拉式菜单“start或”“startSimulation按”钮运行，双击Scope模块，显示输出曲线。8、对数据作后续处理当仿真任务比较复杂时，需要将Simulation生成的数再导入到工作空间进行处理和分析，仿真结束后，输出结果通过“Toworkspace”传送到工作空间中，在工作空间窗口中能看到这些变量，使用 “whos”命令能看到这些变量的详细信息。另外， “Tofile、”“Fromfile模块”能实现文件与 Simulink的数据传输。10自动控制原理试验实验一 典型环节的性能分析模拟电路平台下的实验操作一、实验目的1、通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机（即电脑）软件的使用方法；2、熟悉各种典型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、实验内容1、设计各种典型环节的模拟电路。2、完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。3、在上位机界面上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃响应的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。三、实验步骤1、熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。注意实验接线前必须先将实验箱上电， 以对运放仔细调零。然后断电，再接线。接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。在输入阶跃信号时，除比例环节运放可不锁零（G可接-15V）也可锁零外，其余环节都需要考虑运放 锁零。2、利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。（1）无上位机时，利用实验箱上的信号源单元 U2所输出的周期阶跃信号作为环节输入，即连接箱上 U2的“阶跃”与环节的输入端（例如对比例环节即图 1.1.2的Ui），同时连接U2的“锁零（G）”与运放的锁零G。然后用示波器观测该环节的输入与输出 （例如对比例环节即测试图 1.1.2的Ui和Uo）。注意调节U2的周期阶跃信号的“频率”电位器RP5与“幅值”电位器RP2，以保证观测到完整的阶跃响应过程。（2）有上位机时，必须在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的11自动控制原理试验虚拟示波器与信号发生器功能。为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。仍以比例环节为例，此时将 Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A通道的输出端），将Uo连到实验箱 U3单元的I1（A/D通道的输入端），将运放的锁零G连到实验箱 U3单元的G1（与O1同步），并连好U3单元至上位机的USB2.0通信线。接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况：通过上位机界面中“通道选择”选择任一组任一路A/D输入作为环节的输出，选择任一路D/A作为环节的输入。不同的通道，图形显示控件中波形的颜色将不同；将另一输出通道直接送倒输入通道(显示示波器信号源发出的输入波形)。②硬件接线完毕后，检查 USB口通讯连线和实验箱电源后，运行上位机软件程序，如果有问题请求指导教师帮助。③进入实验模式后，先对显示模式进行设置：选择 “X-t模式”；选择“T/DIV”为1s/1HZ。④完成上述实验设置，然后设置实验参数，在界面的右边可以设置系统测试信号参数，选择“测试信号”为“周期阶跃信号”，选择“占空比”为50%，选择“T/DIV”为“1000ms”，选择“幅值”为“3V”，可以根据实验需要调整幅值，以得到较好的实验曲线，将“偏移”设为0。以上除必须选择“周期阶跃信号”外，其余的选择都不是唯一的。要特别注意，除单个比例环节外，对其它环节和系统都必须考虑环节或系统的时间常数，如仍选择 “输入波形占空比”为50%，那么“T/DIV至”少是环节或系统中最大时间常数的 6～8倍。这样，实验中才能观测到阶跃响应的整个过程。⑤以上设置完成后，按LabVIEW上位机软件中的“RUN”运行图标来运行实验程序，然后点击右边的“Start”按钮来启动实验，动态波形得到显示，直至周期响应过程结束，如上述参数设置合理就可以在主界面图形显示控件中间得到环节的 “阶跃响应”。⑥利用示波器中光标“Cursor”功能观测实验结果；改变实验箱上环节参数，重复⑤的操作；如发现实验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复④、⑤的操作。⑦按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件，操作方法参阅概述。.12自动控制原理试验四、附录1、比例（P）环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应比例环节的传递函数为：UO(s)K。Ui(s)其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.1.1、图1.1.2和图1.1.3所示，于是R1，实验参数取R0＝100k，R1＝200k，R=10k。R02、积分（I）环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应积分环节的传递函数为：UO(s)1。Ui(s)Ts其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.2.1、图1.2.2和图1.2.3所示，于是T R0C，实验参数取R0＝100k，C＝1uF，R=10k。13自动控制原理试验3、比例积分（PI）环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应比例积分环节的传递函数为： UO K 1。Ui Ts其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图 1.3.1、图1.3.2和图1.3.3所示，于是R1，TR0C，实验参数取R0＝200k，R1＝200k，C＝1uF，R=10k。R04、比例微分（PD）环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应14自动控制原理试验比例微分环节的传递函数为：UOK(1)UiTs。其方块图和模拟电路分别如图 1.4.1、图1.4.2所示。其模拟电路是近似的（即实际PD环节），取R1,R2R3，则有KR1R2,TR1R2C，实验参数取R0＝10k，R1R0R1R210k，R2＝10k，R3＝1K，C＝1uF，R=10k。对应理想的和实际的比例微分（ PD）环节的阶跃响应分别如图 1.4.3a、图1.4.3b所示。实际PD环节的传递函数为：Uo(s)R1R21R1R2Cs(R1R2R2R3R3R1)Cs(R1R2)（供软件Ui(s)R0(R1R2)(R3Cs1)R0R3CsR015自动控制原理试验仿真参考）5、惯性环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应惯性环节的传递函数为：UOKUiTs1其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.5.1、图1.5.2和图1.5.3所示，其中KR1,TR1C，实验参数取R0＝200k，R1＝200k，C＝1uF，R=10k。R06、比例积分微分（PID）环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应比例积分微分环节的传递函数为：UO(s)1KPTdsUi(s)Tis其方块图和模拟电路分别如图1.6.1、图1.6.2所示。其模拟电路是近似的（即实际PID环节），取R1R2R3，将近似上述理想PID环节有KPR1，TiR0C1，R0TdR1R2C2，实验参数取R0＝200k，R1＝100k，R2＝10k，R3＝1k，C1＝1uF，C2＝0.1uF，R0R=10k。对应理想的和实际的比例积分微分（PID）环节的阶跃响应分别如图 1.6.3a、图1.6.3所示。实际PID环节的传递函数为：16自动控制原理试验Uo(s)R1R21R2C2(R1C1s1)（供软件仿真参考）Ui(s)R0R0C1sR0C1(R3C2s1)五、实验报告要求实验报告内容包括：1）实验题目和目的；2）实验原理；3）各环节的模拟电路图和阶跃响应曲线；4）讨论各环节中参数变化对阶跃响应的影响；5）实验的体会。17自动控制原理试验Matlab仿真环境下的实验操作一、实验目的1、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线；2、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验任务1、比例环节（K）从图0.2的图形库浏览器中拖曳 Step（阶跃输入）、Gain（增益模块）、Scope（示波器）模块到图0.3仿真操作画面，连接成仿真框图。改变增益模块的参数，从而改变比例环节的放大倍数 K，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。可以同时显示三条响应曲线，仿真框图如图 1.7.1所示。图1.7.1比例环节仿真框图2、积分环节（ 1）Ts将图1.7.1仿真框图中的Gain（增益模块）换成TransferFcn（传递函数）模块，设置TransferFcn（传递函数）模块的参数，使其传递函数变成1型。Ts改变TransferFcn（传递函数）模块的参数，从而改变积分环节的 T，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。仿真框图如图 1.7.2所示。18自动控制原理试验图1.7.2积分环节仿真框图13、一阶惯性环节（ ）Ts 11将图1.7.2中TransferFcn（传递函数）模块的参数重新设置，使其传递函数变成Ts 1型，改变惯性环节的时间常数 T，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。仿真框图如图1.7.3所示。图1.7.3惯性环节仿真框图4、实际微分环节（ Ks ）Ts 1Ks将图1.7.2中TransferFcn（传递函数）模块的参数重新设置，使其传递函数变成Ts 1型，（参数设置时应注意 T 1）。令K不变，改变 TransferFcn（传递函数）模块的参数，从而改变 T，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。仿真框图如图 1.7.4所示。图1.7.4实际微分环节仿真框图25、二阶振荡环节（n2）22nssn19自动控制原理试验将图1.7.2中TransferFcn（传递函数）模块的参数重新设置，使其传递函数变成22型（参数设置时应注意01），仿真框图如图1.7.5所示。n2s2nsn（1）令n不变，取不同值（01），观察其单位阶跃响应曲线变化情况；（2）令 =0.2不变， n取不同值，观察其单位阶跃响应曲线变化情况。图1.7.5二阶振荡环节仿真框图6、延迟环节（es）将图1.7.2仿真框图中的TransferFcn（传递函数）模块换成 TransportDelay（时间延迟）模块，改变延迟时间 ，观察单位阶跃响应曲线变化情况。仿真框图如图 1.7.6所示。图1.7.6延迟环节仿真框图三、实验要求1、完成实验任务所有的仿真分析；2、撰写实验报告。实验报告内容包括：1）实验题目和目的；2）实验原理；3）各环节的仿真框图和阶跃响应曲线；20自动控制原理试验4）讨论各环节中参数变化对阶跃响应的影响；5）实验的体会。21自动控制原理试验实验二 典型系统动态性能和稳定性分析模拟电路平台下的实验操作一、实验目的1、学习和掌握动态性能指标的测试方法；2、研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。二、实验内容1、观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。2、观测三阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。三、实验步骤1、熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图 2.1.1和图2.1.2，设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路（如用U9、U15、U11和U8连成）。注意实验接线前必须对运放仔细调零。接线时要注意对运放锁零的要求。2、利用实验设备（示波器或上位机软件 LabVIEW）观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。3、改变该二阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响。4、利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图 2.2.1和图2.2.2，设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路（如用 U9、U15、U11、U10和U8连成）。5、利用实验设备（示波器或上位机软件 LabVIEW）观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。6、改变该三阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。注意：以上实验步骤中的 2、3与5、6的具体操作方法，请参阅 “实验一”的实验步骤2，这里不再赘述。22自动控制原理试验四、附录1、典型二阶系统典型二阶系统的方块结构图如图 2.1.1所示：其开环传递函数为G(s)K,KK1，s(T1s1)1To2K1,1To其闭环传递函数为W(s)2n2，其中，ns2nsnTT1o2K1T1取二阶系统的模拟电路如图 2.1.2所示：该系统的阶跃响应如图2.1.3所示：Rx接U4单元的220K电位器，改变元件参数Rx大小，研究不同参数特征下的时域响应。2.1.3a，2.1.3b，2.1.3c分别对应二阶系统在过阻尼，临界阻尼，欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线：23自动控制原理试验二阶系统在过阻尼，临界阻尼，欠阻尼三种情况下变阻器 Rx的值可以用万用表测取，记录所测的值。2、典型三阶系统典型三阶系统的方块结构图如图 2.2.1所示：图2.2.1其开环传递函数为G(s)K，其中KK1K2，取三阶系统的模拟电s(T1s1)(T2s1)To路如图2.2.2所示：24自动控制原理试验该系统开环传递函数为()()K,K500/Rx，Rx的单位为GsHss(0.1s1)(0.5s1)K。系统特征方程为s312s220s20K0，根据劳斯判据得到：系统稳定0<K<12；系统临界稳定K=12；系统不稳定K>12。根据K求取Rx。这里的Rx可利用模拟电路单元的220K电位器，改变Rx即可改变K2，从而改变K，得到三种不同情况下的实验结果。该系统的阶跃响应如图2.2.3a、2.2.3b和2.2.3c所示，它们分别对应系统处于不稳定、临界稳定和稳定的三种情况。系统处于不稳定、临界稳定和稳定的三种情况下变阻器Rx的值可以用万用表测取，记录所测的值。五、实验报告要求实验报告内容包括：（1）实验题目和目的；25自动控制原理试验（2）实验原理；（3）典型二阶系统和三阶系统的模拟电路图和各种情况下的阶跃响应曲线以及参数值；（4）讨论系统参数对二阶系统阶跃响应曲线和性能指标的影响；讨论系统参数对三阶系统稳定性的影响；（5）实验体会。26自动控制原理试验Matlab仿真环境下的实验操作一、实验目的1、研究高阶系统的稳定性，验证稳定判据的正确性；2、了解系统增益变化对系统稳定性的影响；3、观察系统结构和稳态误差之间的关系。二、实验任务1、稳定性分析欲判断系统的稳定性，只要求出系统的闭环极点即可，而系统的闭环极点就是闭环传递函数的分母多项式的根，可以利用MATLAB中的tf2zp函数求出系统的零极点，或者利用root函数求分母多项式的根来确定系统的闭环极点，从而判断系统的稳定性。（1）已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为G(s)0.2(s2.5)，用0.5)(s0.7)(s3)s(sMATLAB编写程序来判断闭环系统的稳定性，并绘制闭环系统的零极点图。在MATLAB命令窗口写入程序代码如下：z=-2.5p=[0,-0.5,-0.7,-3]k=0.2Go=zpk(z,p,k)Gc=feedback(Go,1)Gctf=tf(Gc)dc=Gctf.dendens=ploy2str(dc{1},'s')运行结果如下：dens=s^4+4.2s^3+3.95s^2+1.25s+0.5dens是系统的特征多项式，接着输入如下 MATLAB程序代码：den=[1,4.2,3.95,1.25,0.5]p=roots(den)27自动控制原理试验运行结果如下：p=-3.0058-1.0000-0.0971+0.3961i-0.0971-0.3961ip为特征多项式dens的根，即为系统的闭环极点，所有闭环极点都是负的实部，因此闭环系统是稳定的。下面绘制系统的零极点图， MATLAB程序代码如下：z=-2.5p=[0,-0.5,-0.7,-3]k=0.2Go=zpk(z,p,k)Gc=feedback(Go,1)Gctf=tf(Gc)[z,p,k]=zpkdata(Gctf,'v')pzmap(Gctf)grid运行结果如下：z=-2.5000p=-3.0058-1.0000-0.0971+0.3961i-0.0971-0.3961ik=0.2000输出零极点分布图如图 2.3.1所示。28自动控制原理试验图2.3.1零极点分布图（2）已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为G(s)k(s2.5)，当0.5)(s0.7)(s3)s(s取k=1，10，100用MATLAB编写程序来判断闭环系统的稳定性。只要将（1）代码中的k值变为1，10，100，即可得到系统的闭环极点，从而判断系统的稳定性，并讨论系统增益k变化对系统稳定性的影响。2、稳态误差分析（1）已知如图2.3.2所示的控制系统。其中s5，试计算当输入为单位G(s)10)s2(s阶跃信号、单位斜坡信号和单位加速度信号时的稳态误差。图2.3.2系统结构图从Simulink图形库浏览器中拖曳Sum（求和模块）、Pole-Zero（零极点）模块、Scope（示波器）模块到仿真操作画面，连接成仿真框图如图 2.3.3所示。图中，Pole-Zero（零极点）模块建立G(s)，信号源选择Step（阶跃信号）、Ramp（斜坡信号）和基本模块构29自动控制原理试验成的加速度信号。为更好观察波形，将仿真器参数中的仿真时间和示波器的显示时间范围设置为300。图2.3.3系统稳态误差分析仿真框图信号源选定Step（阶跃信号），连好模型进行仿真，仿真结束后，双击示波器，输出图形如图2.3.4所示。图2.3.4单位阶跃输入时的系统误差信号源选定Ramp（斜坡信号），连好模型进行仿真，仿真结束后，双击示波器，输出图形如图2.3.5所示。图2.3.5斜坡输入时的系统误差信号源选定加速度信号，连好模型进行仿真，仿真结束后，双击示波器，输出图形如图2.3.6所示。30自动控制原理试验图2.3.6加速度输入时的系统误差从图2.3.4、2.3.5、2.3.6可以看出不同输入作用下的系统的稳态误差，系统是II型系统，因此在阶跃输入和斜坡输入下，系统稳态误差为零，在加速度信号输入下，存在稳态误差。（2）若将系统变为I型系统，G(s)5，在阶跃输入、斜坡输入和加速度信s(s10)号输入作用下，通过仿真来分析系统的稳态误差。三、实验要求1、完成实验任务中的所有内容；2、撰写实验报告。实验报告内容包括：（1）实验题目和目的；（2）实验原理；（3）实验任务中要求完成实验的程序代码、仿真框图、波形和数据结果；（4）讨论下列问题：讨论系统增益k变化对系统稳定性的影响；讨论系统型数以及系统输入对系统稳态误差的影响。（5）实验体会。31自动控制原理试验实验三 典型环节（或系统）的频率特性测量模拟电路平台下的实验操作一、实验目的1、学习和掌握测量系统频率特性曲线的方法；2、学习根据频率特性曲线求取系统的稳定裕度；3、学习根据系统的稳定裕度判断系统的稳定性。二、实验内容1、用实验方法完成典型二阶系统的开环频率特性曲线测试。2、用实验方法完成典型三阶系统开环频率特性曲线的测试及稳定性的判断。3、用软件仿真求取典型二阶和三阶系统开环频率特性，并与实验所得结果比较。三、实验步骤1、熟悉实验箱上的信号源，掌握改变正弦信号幅值和频率的方法。利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接 “两个一阶惯性环节串联”模拟电路（如用U9+U11连成）或一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路（如用U9+U15+U11+U10+U8连成）。2、利用实验设备完成典型二阶系统的频率特性曲线测试。（1）无上位机时，利用实验箱上的信号源单元 U2所输出的正弦波信号作为环节输入，即连接箱上 U2的“正弦波”与环节的输入端（例如对二阶系统即图 3.1.2的Ui）。然后用示波器观测该环节的输入与输出（例如对二阶系统即测试图 3.1.2的Ui和Uo）。注意调节U2的正弦波信号的“频率”电位器RP5与“幅值”电位器RP6，测取不同频率时环节输出的增益和相移（测相移可用 “李沙育”图形），从而画出环节的频率特性。（2）有上位机时，必须在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。仍以二阶系统为例，此时将 Ui连到实验箱 U3单元的O1或O2（D/A通道的输出端,这个是通过上位机选择其中的一路输出），将Uo连到实验箱U3单元的I1（A/D通道的输入端），然后再将选择的D/A输出通道测试信32自动控制原理试验号O1（如果选择的是O1）连接到这组A/D输入的另一采集输入端I2，然后连接设备与上位机的USB通信线。接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。界面上的操作步骤如下：①选择任意一个D/A输出通道，如“O1”，将其作为环节输入，接到环节输入Ui端，再将其作为原始测试信号接到A/D输入的I2（便于观看虚拟示波器发出的原始信号），将环节的输出端Uo接到A/D输入通道I1。②完成上面的硬件接线后，检查USB连线和实验箱电源，然后打开LabVIEW软件上位机界面程序。③进入实验界面后，先对频率特性的测试信号进行设置：“幅值”为5（可以根据实验结果波形来调整），“测试信号”为正弦波。④完成实验设置，先点击LabVIEW运行按钮“RUN”运行界面程序，按照上面的步骤③设置好信号后，点击“下载数据”按钮，将设置的测试信号发送到数据采集系统。然后点击实验界面右下角的“Start”按钮来启动频率特性测试。测试程序将会从低频率计算到高频，界面右下角有个测试进度条，它将显示测试的进度。最后测试出来频率特性的BodePlot、NyquistPlot将在相应的图形控件中显示出来， 在同一界面中我们可以同时看到频率特性的两种显示模式：一种是伯德图 “BodePlot”，它包括幅频特性和相频特性；另一种模式就是乃奎斯特图 “NyquistPlot”，又称极坐标图。⑤按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件。3、利用实验设备完成典型三阶系统开环频率特性曲线的测试。具体操作方法参阅步骤2。4、根据三阶系统的开环频率特性曲线求取系统的稳定裕度，并判断系统稳定性。5、用软件仿真方法求取典型二阶和三阶系统的开环频率特性，并与实验结果比较。四、附录1、典型二阶系统开环传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线：对于由两个惯性环节组成的二阶系统，其开环传递函数为G(s)KK(T1s1)(T2s1)T2s2(1)2Ts1令上式中sj，可以得到对应的频率特性33自动控制原理试验G(j)22Kr()ej()Tj2T1二阶系统开环传递函数的幅相频率特性曲线，如图3.1.1所示。图3.1.1典型二阶系统开环传递函数为：G(s)H(s)10.02s21；1)(0.1s1)0.3s(0.2s1其电路设计参阅图 3.1.2。图3.1.22、二阶系统的对数幅频特性和对数相频特性同时可以测出二阶系统的对数幅频特性和对数相频特性，如图 3.2.1：34自动控制原理试验图3.2.13、典型三阶系统开环传递函数参数、电路设计：典型三阶系统的方块结构图如图 3.3.1所示：图3.3.1其开环传递函数为G(s)K，其中KK1K2，取三阶系统的模拟电s(T1s1)(T2s1)To路如图3.3.2所示：35自动控制原理试验图3.3.2该系统开环传递函数为G(s)H(s)K,K500/Rx，调节变阻器1)(0.5ss(0.1s1)Rx，分别取Rx10K和Rx50K时，测得系统的幅相频率特性曲线和对数幅频特性、对数相频特性曲线（图略）。根据测得的对数幅频特性和对数相频特性曲线，求出系统的开环截止频率c和相位稳定裕度，判断系统的稳定性，并讨论系统增益K对系统稳定性的影响。五、实验报告要求实验报告内容包括：（1）实验题目和目的；（2）实验原理；（3）典型二阶系统和三阶系统的模拟电路图和极坐标图、伯德图以及三阶系统的开环截止频率c和相位稳定裕度；（4）根据测得的频域性能指标判断系统的稳定性，并讨论参数K对系统稳定性的影响；（5）实验体会。36自动控制原理试验Matlab仿真环境下的实验操作一、实验目的1、利用MATLAB绘制系统的频率特性图；2、根据Nyquist图判断系统的稳定性；3、根据Bode图计算系统的稳定裕度。二、实验任务利用MATLAB绘制系统的频率特性图，是指绘制 Nyquist图、Bode图，所用到的函数主要是nyquist、ngrid、bode和margin等。1、Nyquist图的绘制及稳定性判断nyquist函数可以计算连续线性定常系统的频率响应，当命令中不包含左端变量时，仅产生Nyquist图。命令nyquist(num,den)将画出下列传递函数的 Nyquist图：bmsmbm1sm1b1sb0GH(s)an1sn1a1sa0ansn其中num[bmbm1b1b0]，den[anan1a1a0]。（1）已知某控制系统的开环传递函数为G(s)50，用MATLAB绘制系5)(s2)(s统的Nyquist图，并判断系统的稳定性。MATLAB程序代码如下：num=[50]den=[1,3,-10]nyquist(num,den)axis([-62-20])title('Nyquist图')执行该程序后，系统的 Nyquist图如图3.4.1所示。37自动控制原理试验图3.4.1系统的Nyquist图由上图可知Nyquist曲线逆时针包围(-1，j0)点半圈，而开环系统在右半平面有一个极点，故系统稳定。（2）已知系统的开环传递函数为G(s)100k，用MATLAB分别绘制5)(s10)s(s1,8,20时系统的Nyquist图，并判断系统的稳定性。2、Bode图的绘制及稳定裕度的计算MATLAB提供绘制系统Bode图函数bode()，bode(num,den)绘制以多项式函数表示的系统Bode图。2（1）已知典型二阶环节的传递函数为G(s)n，其中n0.7，分别22s2nsn绘制0.1,0.4,1,1.6,2时得Bode图。MATLAB程序代码如下：w=[0,logspace(-2,2,200)]wn=0.7tou=[0.1,0.4,1,1.6,2]forj=1:5sys=tf([wn*wn],[1,2*tou(j)*wn,wn*wn])bode(sys,w)holdonend38自动控制原理试验gtext('tou=0.1')gtext('tou=0.4')gtext('tou=1')gtext('tou=1.6')gtext('tou=2')执行该程序后，系统的 Bode图如图3.4.2所示。图3.4.2系统的Bode图（2）已知某高阶系统的传递函数为G(s)5(0.0167s1)，绘制1)(0.0025s1)(0.001ss(0.03s1)系统的Bode图，并计算系统的相角裕度和幅值裕度。MATLAB程序代码如下：num=5*[0.0167,1]den=conv(conv([1,0],[0.03,1]),conv([0.0025,1],[0.001,1]))sys=tf(num,den)w=logspace(0,4,50)bode(sys,w)grid[Gm,Pm,Wg,Wc]=margin(sys)执行该程序后，系统的 Bode图如图3.4.3所示。39自动控制原理试验图3.4.3系统的Bode图运行结果如下：Gm=455.2548Pm=85.2751Wg=602.4232Wc=4.9620由运行结果可知，系统的幅值裕度 Lg 455.2548，相角裕度 85.2751，相角穿越频率602.4262rad/s，截止频率。gc4.962rad/s（3）已知某高阶系统的传递函数为100(0.5s1)，绘制系统的G(s)s(s1)(0.1s1)(0.05s1)Bode图，并计算系统的相角裕度和幅值裕度。三、实验要求1、完成实验任务中所有的内容；2、撰写实验报告。实验报告内容包括：40自动控制原理试验（1）实验题目和目的；（2）实验原理；（3）实验任务中要求完成实验的程序代码、结果图、结论和运行结果；（4）讨论系统增益变化对系统稳定性的影响；（5）实验体会。41自动控制原理试验实验四 线性系统串联校正模拟电路平台下的实验操作一、实验目的1、掌握串联校正环节对系统稳定性和动态特性的影响；2、掌握串联校正装置的设计方法和参数调试技术。二、实验内容1、观测未校正系统的稳定性和动态特性。2、按频域特性要求设计串联校正装置。3、观测加串联校正装置后系统的频率特性和动态特性，并观测校正装置参数改变对系统性能的影响。4、对线性系统串联校正进行计算机仿真研究，并对电路模拟与数字仿真结果进行比较研究。三、实验步骤1、利用实验设备，设计并连接未加校正的二阶闭环系统的模拟电路，完成该系统的稳定性和动态特性观测。提示：①设计并连接未加校正的二阶闭环系统的模拟电路，可参阅本实验附录的图 4.1.1和图4.1.2，利用实验箱上的 U9、U11、U15和U8单元连成。②通过对该系统伯德图的观察， 来完成对其频率特性的研究，如何利用实验设备观测频率特性的具体操作方法，可参阅实验三的实验步骤 2。2、参阅本实验的附录，按校正目标要求设计串联校正装置传递函数和模拟电路。3、利用实验设备，设计并连接加串联校正后系统的模拟电路，完成该系统的频率特性观测。4、改变串联校正装置的参数，对加校正后的系统进行调试，使其性能指标满足预定要求。四、附录42自动控制原理试验1、未加校正二阶闭环系统实验用未加校正二阶闭环系统的方块图和模拟电路，分别如图4.1.1和图4.1.2所示：525，可测得系统的伯德图如下其开环传递函数为：G(s)1)s(0.5s0.2S(0.5S1)图4.1.3：图4.1.3根据伯德图可得系统的开环截至频率 c 7，相位稳定裕度 16。43自动控制原理试验静态速度误差系数 KV等于该I型系统的开环增益： Kv 25。2、串联校正的目标要求加串联校正装置后系统满足以下性能指标：1）相位稳定裕度2）开环截至频率

''c

；；（3）校正后系统开环增益（静态速度误差系数） Kv 25。3、串联校正装置的频率法设计从校正的目标可以看出，校正后'c，'，可以采用串联超前校正。c根据校正后Kv25，可知串联校正环节传递函数为1aTs，根据超前校正网络设1Ts计方法，可以确定串联校正环节的传递函数（可以根据课本上的设计步骤或运用仿真软件Matlab初步确定传递函数）。根据确定的传递函数设计并连接串联校正后的模拟电路，其中 1 aTs的设计可参照实验一中比例微分（PD）环节的设计，1设计可参照实验一中惯性环节的设计。Ts1观察校正后系统的伯德图，验证其性能指标是否符合要求；若不符合要求，改变串联校正装置的参数，对加校正后的二阶闭环系统进行调试， 使其性能指标满足预定要求。五、实验报告要求实验报告内容包括：1）实验题目和目的；2）设计原理；3）设计步骤、串联校正环节的传递函数、串联校正前后的模拟电路图及参数、Bode图；（4）设计体会。44自动控制原理试验Matlab仿真环境下的实验操作一、实验目的1、掌握串联校正环节对系统稳定性的影响；2、了解使用SISO系统设计工具（SISODesignTool）进行系统设计。二、设计任务串联校正是指校正元件与系统的原来部分串联，如图 4.2.1所示。图4.2.1串联校正图中，Gc(s)表示校正部分的传递函数， Go(s)表示系统原来前向通道的传递函数。当Gc(s)1aTs(a1)，为串联超前校正；当Gc(s)1aTs(a1)，为串联迟后校正。1Ts1Ts我们可以使用SISO系统设计串联校正环节的参数，SISO系统设计工具（SISODesignTool）是用于单输入单输出反馈控制系统补偿器设计的图形设计环境。通过该工具，用户可以快速完成以下工作： 利用根轨迹方法计算系统的闭环特性、针对开环系统Bode图的系统设计、添加补偿器的零极点、设计超前 /滞后网络和滤波器、分析闭环系统响应、调整系统幅值或相位裕度等。（1）打开SISO系统设计工具在MATLAB命令窗口中输入sisotool命令，可以打开一个空的SISODesignTool，也可以在sisotool命令的输入参数中指定SISODesignTool启动时缺省打开的模型。注意先在MATLAB的当前工作空间中定义好该模型。如图4.2.2为一个DC电机的设计环境。（2）将模型载入SISO设计工具通过file/import命令，可以将所要研究的模型载入 SISO设计工具中。点击该菜单45自动控制原理试验项后，将弹出ImportSystemData对话框，如图 4.2.3所示。（3）当前的补偿器（CurrentCompensator）图4.2.2中当前的补偿器（CurrentCompensator）一栏显示的是目前设计的系统补偿器的结构。缺省的补偿器增益是一个没有任何动态属性的单位增益，一旦在跟轨迹图和Bode图中添加零极点或移动曲线，该栏将自动显示补偿器结构。（4）反馈结构SISODesignTool在缺省条件下将补偿器放在系统的前向通道中，用户可以通过“+/-”按钮选择正负反馈，通过 “FS按”钮在如下图4.2.4几种结构之间进行切换。图4.2.2SISO系统的图形设计环境46自动控制原理试验图4.2.3ImportSystemData对话框图4.2.4SISODesignTool中的反馈控制结构1、图4.2.1所示的控制系统，原开环传递函数为Go(s)2，试用1)(0.3ss(0.1s1)SISO系统设计工具（SISODesignTool）设计超前校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数Kv 6，相角裕度为45，并绘制校正前后的 Bode图，并计算校正前后的相角裕度。（1）将模型载入SISO设计工具在MATLAB命令窗口先定义好模型Go(s)2，代码如下：1)(0.3ss(0.1s1)num=2den=conv([0.1,1,0],[0.3,1])G=tf(num,den)得到结果如下：Transferfunction:2---------------------------0.03s^3+0.4s^2+s47自动控制原理试验输入sisotool命令，可以打开一个空的SISODesignTool，通过file/import命令，可以将模型G载入SISO设计工具中，如图4.2.5所示。（2）调整增益根据要求系统的静态速度误差系数Kv6，补偿器的增益应为，将图4.2.5中的3C(s)=1改为3，如图4.2.5所示。从图中Bode相频图左下角可以看出相位裕度21.2，不满足要求。（3）加入超前校正网络在开环Bode图中点击鼠标右键，选择“AddPole/Zero下”的“Lead菜”单，该命令将在控制器中添加一个超前校正网络。这时鼠标的光标将变成“X”形状，将鼠标移到Bode图幅频曲线上接近最右端极点的位置按下鼠标，得到如图 4.2.6所示的系统。图4.2.5改变增益后的系统48自动控制原理试验图4.2.6增加超前网络后的系统从图中Bode相频图左下角可以看出相位裕度 28.4，仍不满足要求，需进一步调整超前环节的参数。（4）调整超前网络的零极点将超前网络的零点移动到靠近原来最左边的极点位置， 接下来将超前网络的极点向右移动，并注意移动过程中相角裕度的增长，一直到相角裕度达到 45，此时超前网络满足设计要求。如图 4.2.7所示。49自动控制原理试验图4.2.7最后满足要求的系统从图中可以看出来，超前网络的传递函数为3(10.26s)，最后系统的Kv6，(10.054s)45.9。2、图4.2.1所示的控制系统，原开环传递函数为k，试用SISO系Go(s)s(0.2s1)统设计工具（SISODesignTool）设计超前校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数Kv 100，相角裕度为30，并绘制校正前后的 Bode图，并计算校正前后的相角裕度。3、使用SISODesignTool设计直流电机调速系统。典型电机结构示意图如图 4.2.8所示，控制系统的输入变量为输入电压 Ua(t)，系统输出是电机负载条件下的转动角速度 (t)。现设计补偿器的目的是通过对系统输入一定的电压， 使电机带动负载以期望的角速度转动，并要求系统具有一定的稳定裕度。50自动控制原理试验图4.2.8直流电动机调速系统直流电机动态模型本质上可以视为典型二阶系统，设某直流电机的传递函数为1.5G(s)s214s40.02系统的设计指标为：上升时间tr0.5s，稳态误差ess5%，最大超调量MP%10%，幅值裕度Lg20dB，相角裕度40。系统设计步骤：（1）调整补偿器的增益如果对该系统进行时域仿真，可发现其阶跃响应时间很大，提高系统响应速度的最简单方法就是增加补偿器增益的大小。在SISO的设计工具中可以很方便的实现补偿器增益的调节：鼠标移动到Bode幅值线上，按下鼠标左键抓取Bode幅值线，向上拖动，释放鼠标，系统自动计算改变的系统增益和极点。既然系统要求上升时间tr0.5s，应调整系统增益，使得系统的穿越频率c位于3rad/s附近。这是因为3rad/s的频率位置近似对应于0.33s的上升时间。为了更清楚的查找系统的穿越频率， 点击鼠标右键，在快捷菜单中选择“Grid命”令，将在Bode图中绘制网格线。观察系统的阶跃响应，可以看到系统的稳态误差和上升时间已得到改善， 但要满足所有的设计指标，还应加入更复杂的控制器。（2）加入积分器点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择 “AddPole/Zero下”的“Integrator菜单”，这时系统将加入一个积分器，系统的穿越频率随之改变，应调整补偿器的增益将穿越频率调整回3rad/s的位置。（3）加入超前校正网络51自动控制原理试验为了添加一个超前校正网络，在开环Bode图中点击鼠标右键，选择“AddPole/Zero”下的“Lead菜”单，该命令将在控制器中添加一个超前校正网络。这时鼠标的光标将变成“X”形状，将鼠标移到Bode图幅频曲线上接近最右端极点的位置按下鼠标。从Bode图中可以看出幅值裕度还没有达到要求，还需进一步调整超前环节的参数。（4）移动补偿器的零极点为了提高系统的响应速度，将超前网络的零点移动到靠近电机原来最左边的极点位置，接下来将超前网络的极点向右移动，并注意移动过程中幅值裕度的增长。也可以通过调节增益来增加系统的幅值裕度。试按照上述方法调整超前网络参数和增益，最终满足设计的要求。三、实验要求1、完成设计任务中所有的内容；2、撰写实验报告。实验报告内容包括：（1）实验题目和目的；（2）设计原理；（3）超前网络设计中的设计过程、网