《自动控制理论实验指导书.doc

《自动控制理论》 实验指导书 适用专业: 电气、测控、信息 课程代码: 6001359 总学时: 总学分: 编写单位: 电气信息学院 编 写 人: 审 核 人: 审 批 人: 批准时间: 年 月 日 目 录 实验一（实验代码1）典型系统的瞬态响应（和稳定性) ………………………………… 2 实验二（实验代码2）线性系统的频率响应分析…… … ………………………………… 7 实验三（实验代码3）系统校正……………………………………………………………… 12 实验四（实验代码4）直流电机闭环调速…………………………………………………… 16  实验一 典型系统的瞬态响应（和稳定性） 实验目的和任务 通过模拟实验，定性和定量地分析二阶系统的两个参数T和ζ对二阶系统动态性能的影响。 通过模拟实验，定性和定量地分析系统开环增益K对系统稳定性的影响。 观测系统处于稳定、临界稳定和不稳定情况下的输出响应的差别。 实验内容 观察二阶系统的阶跃响应，分析二阶系统的两个参数T和ζ对二阶系统动态性能的影响。 观察三阶系统的阶跃响应，分析系统开环增益K对系统稳定性的影响。（选做） 实验仪器、设备及材料 TDN-AC/ACS教学实验系统、导线 实验原理 1．典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：如图1-1所示。 图1-1 (2) 对应的模拟电路图：如图1-2所示。（其中R取10 KΩ，50 KΩ，160 KΩ，200 KΩ） 图1-2 (3) 理论分析 系统开环传递函数为： (4) 实验内容 先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图1-2)， 系统闭环传递函数为： 其中自然振荡角频率： ； 阻尼比： 。 2．典型的三阶系统稳定性分析（选做） (1) 结构框图：如图1-3所示。 图1-3 (2) 模拟电路图：如图1-4所示。 图1-4 (3) 理论分析 系统的开环传函为: ， 系统的特征方程为: (4) 实验内容 实验前由Routh判断得Routh行列式为： 为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有 得： 主要技术重点、难点 1、用示波器观察系统阶跃响应C(t)时，超调量σp％，峰值时间tp和调节时间ts的测量。 2、从系统阶跃响应C(t)波形分析系统稳定性 六、实验步骤 1. 典型二阶系统瞬态性能指标的测试 (1) 按模拟电路图1-2接线，将阶跃信号接至输入端，取R = 10K。 (2) 用示波器观察系统响应曲线C(t)，测量并记录超调MP、峰值时间tp和调节时间tS。 (3) 分别按R = 50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线C(t)，测量并记录性能指标MP、tp和tS，及系统的稳定性。并将测量值和计算值(实验前必须按公式计算出)进行比较。将实验结果填入表1-1中。 2．典型三阶系统的性能 （选做） (1) 按图1-4接线，将1中的方波信号接至输入端，取R = 30K。 (2) 观察系统的响应曲线，并记录波形。 (3) 减小开环增益，观察响应曲线，并将实验结果填入表1-2中。 实验报告要求 参数 项目 R KΩ K l/s ωn l/s C(tp) C(∞) tp ts 阶跃响应曲线 计算值 测量值 计算值 测量值 计算值 测量值 0ζ1 欠阻尼 10 50 ζ=1 临界 阻尼 160 ζ1 过阻尼 200 表1-1 R(KΩ) K 输出波形 稳定性 20 （临界稳定时的R值） R 100 表1-2（选做） 实验注意事项 作实验前要预习。 实验内容较多，作实验时注意抓紧时间。 思考题 在实验线路中如何确保系统实现负反馈？如果反馈回路中有偶数个运算放大器，则构成什么反馈？ 有那些措施能增加系统的稳定度？它们对系统的性能有什么影响？ 实验二 线性系统的频率响应分析 实验目的和任务 1．掌握波特图的绘制方法