工程控制基础实验指导书2016.doc

控制工程基础课程实验指导书 电子科技大学机械电子工程学院 目 录 实验一 二阶系统时频域分析实验 1 实验二 频域法串联超前校正 1 实验三 直流电机PID控制 9 自控/计控原理实验机介绍 信号源模块如图1所示，斜坡、阶跃、正弦和矩形波由插孔OUT1输出，非线性、微分脉冲和正弦波由插孔OUT2输出，该模块可同时发生两种不同类型信号，信号源参数（如幅度、频率、宽度、斜率、扰动等）在电脑上模拟示波器软件界面上由用户设置（每个实验范例都有其默认值），如图6中红框所示。 图1 信号源模块 图2 基准电源模块和数据采集模块 图2中是实验箱的基准电源模块和数据采集模块。数据采集模块为虚拟示波器采集信号，虚拟示波器有四个信号输入通道，可将需要观察的波形接入任意一个输入口，就可通过软件观察到波形。需要特别注意的地方是：虚拟示波器会限幅，只能显示+5V～-5V之间的波形，超出该范围的信号则对应输出为+5V或-5V。 图3 频率特性测试模块 图4 控制器模块 图5 运算放大器模块 图3中式频率特性测试模块，插孔ADIN为测试信号输入，将系统的输出信号接入该插孔。图4中是控制器模块，插孔AOUT1和AOUT2为信号输出孔，输出的是采样控制或PID控制信号。 图5是运算放大器模块，该模块有多个电阻可选。插孔H1、H2和IN为运放的输入端。插孔IN直接接入运放反相输入端，未接任何电阻；插孔H2通过固定电阻后接入运放反相输入端；插孔H1有多个电阻可选，白色的连线相当于电路线，两个连在一起的黑色排针是断开的；确定使用哪一个阻值的电阻后，用短解套连接该电阻左边的排针即可。通过短解套可选用不同阻值的电阻，不同电容值的电容，就可控制增益和时间常数。 双击桌面图标打开软件，出现实验机实验项目选择界面如图6所示，点击蓝色框中串口右边的下拉按钮，如右图所示，若出现其他串口，则选择其中的任一串口（如果没有其他串口，则不用修改），则会出现通讯成功的界面，如图7所示。 图6实验机实验项目选择界面 图7通讯成功界面 打开系统颜色设置按钮，如图6中红色框中的按钮，将坐标轴、背景色、测量文字和测量线改成下图中的颜色，如图8所示，然后点击确定键。背景色一定要改，否则打印的截图会不清晰。 图8软件系统颜色设置界面 图9 LabACTn软件波形观察界面 选择实验指导书要求的实验项目，点击“启动实验项目”按钮，就可打开虚拟示波器波形显示界面，如图9所示。设置好实验相关的参数后，如图9中红框所示，打开点击界面上“下载”键后，将相关实验输入波形和程序下载到实验机，点击《开始》键后实验程序开始运行。 典型环节的运放模拟电路及其传递函数 环节名称 模拟电路 传递函数 比例环节 增益： 传递函数： 惯性环节 增益： 惯性时间常数： 传递函数： 积分环节 积分时间常数： 传递函数： 比例积分环节 增益： 时间常数： 传递函数： 一阶微分环节 增益： 微分时间常数： 传递函数： 比例微分环节 微分时间常数： 惯性时间常数： 增益： 传递函数： 实验一 二阶系统时/频域分析实验 一. 实验目的 通过二阶系统的时频域分析验证课程讲授内容，加深学生对理论知识的理解程度，扩大学生视野，掌握基本的频域图解方法和时域系统校正方法。 了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及型二阶闭环系统的传递函数标准式。 研究型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn、阻尼比ξ对过渡过程的影响。 掌握欠阻尼型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts的计算。 观察和分析型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp值，并与理论计算值作比对。 了解和掌握型二阶开环系统中的对数幅频特性L(ω)和相频特性，实频特性 和虚频特性的计算。 了解和掌握欠阻尼型二阶闭环系统中的自然频率ωn、阻尼比ξ对开环参数幅值穿越频率ωc和相位裕度的影响，及幅值穿越频率ωc和相位裕度的计算。 研究表征系统稳定程度的相位裕度和幅值穿越频率ωc对系统的影响。 了解和掌握型二阶开环系统对数幅频曲线、相频曲线、和幅相曲线的构造及绘制方法 二. 实验原理及装置 图1-1是典型型二阶单位反馈闭环系统。 图1-1 典型型二阶单位反馈闭环系统 型二阶系统的开环传递函数： 型二阶系统的闭环传递函数标准式： 自然频率（无阻尼振荡频率）： 阻尼比： 二阶系统时域分析 二阶