自动控制原理实指导书(final).doc

控制理论仿真与实验 实验指导书 徐国凯、杜海英、刘长宏、张涛 大连民族学院 机电信息工程学院 实验基本要求 1. 每位学生必须按规定完成实验课，因故不能参加实验者，应课前向指导教师请假（必须经有关领导批准）。对所缺实验要在期末考试规定时间内补齐，缺实验者不得参加期末考试。 每次实验课前，必须作到预习，弄清实验题目、目的、内容、步骤和操作过程，及需记录的参数等，认真做好预习报告。在实验前，指导教师要检查预习结果并接受进行提问。对不写预习报告，又回答不出问题者，不准做实验。 每次实验课前，学生须提前5分钟进入实验室，找好坐位，检查所需实验设备，做好实验前的准备工作。 做实验前，了解设备的原理和正确使用方法。在没有弄懂仪器设备的使用方法前，不得贸然使用，否则因使用不当造成仪器设备损坏的，根据大连民族学院《仪器设备损坏丢失处理暂行办法》规定进行处理。 实验室内设备在实验过程中不准任意搬动和调换，非本次实验所用仪器设备，未经指导教师允许不得动用。 要求每位学生在实验过程中，要具有严谨的学习态度、认真、踏实、一丝不苟的科学作风。坚持每次实验都要亲自动手，不可“坐车”，实验小组内要轮流接线、操作和记录等工作，无特殊原因，中途不得退出实验，否则本次实验无效。 实验中若接线、改接、拆线都必须在切断电源的情况下进行（包括安全电压），线路连接完毕再送电。实验中，特别是设备刚投入运行时，要随时注意仪器设备的运行情况，如发现有超量程、过热、异味、冒烟、火花等，应立即断电，并请指导老师检查、处理。 实验过程中，如出现事故，就马上拉开电源开关，然后找指导教师和实验技术人员，如实反映事故情况，并分析原因和处理事故。如有损坏仪表和设备时，应马上提出，按有关规定处理。 每次实验结束，指导教师要对实验数据和结果进行，要经检查并签字，在教师确认正确无误后，学生方可拆线。整理好实验台和周围卫生，填写实验登记簿后方可离开。 实验课后，每位学生必须按实验指导书的要求，独立完成实验报告，不得抄袭。 目 录 第一章 THBDC-1控制理论·计算机控制技术实验平台简介 1 第二章 软件安装及使用说明 5 第一节 THBDC-1上位机软件安装说明 5 第二节 软件使用说明 8 第三节 BODE软件的使用说明 16 第三章 控制理论仿真与实验 18 实验一 典型环节的电路模拟与控制软件仿真 19 实验二 线性系统的动态响应 25 实验三 线性系统稳态误差的研究 30 实验四 控制系统的稳定性分析 35 实验五 典型环节和系统频率特性的测量 37 实验六 控制系统串联校正装置的设计 42 实验七 MATLAB环境下系统建模与仿真 44 实验八 极点可任意配置的系统设计 48 实验九 数字PID控制 50 实验十 非线性系统的相平面分析法 56 实验十一 非线性系统的描述函数法 62 实验十二 系统能控性与能观性分析 68 实验十三 状态观测器及其应用 70 实验十四 具有内部模型的状态反馈控制系统 74 实验十五 采样控制系统的混合仿真 78 实验十六 采样控制系统串联校正的混合仿真研究 82 第一章 THBDC-1控制理论·计算机控制技术实验平台简介 THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台主要是针对高校“控制理论”及“计算机控制技术”这两门课程而设计的。该实验平台既考虑了学校理论教学的需要，又考虑了产品的开放性、扩展性、实用性。如产品在信号采集部分并不是采用价格低廉的单片机系统，而是采用实验室或工业上常用的USB数据采集卡，在实验的设计上除了用运放来模拟各种受控对象的数学模型外，还针对性的设置了温度加热器、步进电机、直流电机、单容水箱四个实际被控对象，以便通过上位机来实现对它们输出量的自动控制。 在实验电路的设计上，除了完成实验的通用单元外，还增加了非线性单元，和一些自由布线区，这样可以在受控对象中引入非线性单元或其它电路单元，以增加算法研究的深度与广度。另外还增加了实验中经常使用到的低频信号发生器、交直流数字电压表，便于实验室其它地方的使用。 一、硬件部分 1．直流稳压电源 直流稳压电源主要用于给实验平台提供电源。有±5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/1.0A五路，每路均有短路保护自恢复功能。它们的开关分别由相关的钮子开关控制，并由相应发光二极管指示。其中+24V主用于温度控制单元和直流电机单元。 实验前，启动实验平台左侧的空气开关和实验台上的电源总开关。并根据需要将±5V、±15V、+24V钮子开关拔到“开”的位置。 2．低频信号发生器 低频函数信号发生器由单片集成函数信号发生器专用芯片及外围电路组合而成，主要输出有正弦信号、三角波信号、方波信号、斜