THKKL-6型实验指导书..doc

目 录 第一部分 使用说明书 1 第一章 系统概述 1 第二章 硬件的组成及使用 2 第二部分 实验指导书 5 第一章 控制理论实验 5 实验一 典型环节的电路模拟 5 实验二 二阶系统的瞬态响应 11 实验三 高阶系统的瞬态响应和稳定性分析 14 实验四 线性定常系统的稳态误差 16 实验五 典型环节和系统频率特性的测量 21 实验六 线性定常系统的串联校正 26 实验七 典型非线性环节的静态特性 33 实验八 非线性系统的描述函数法 38 实验九 非线性系统的相平面分析法 44 实验十 系统能控性与能观性分析 49 实验十一 控制系统极点的任意配置 52 实验十二 具有内部模型的状态反馈控制系统 58 实验十三 采样控制系统的分析 63 实验十四 采样控制系统的动态校正 66 第二章 计算机控制技术基础实验 69 实验一 A/D与D/A转换 69 实验二 数字滤波器 71 实验三 离散化方法研究 73 实验四 数字PID调节器算法的研究 77 实验五 串级控制算法的研究 81 实验六 解耦控制算法的研究 84 实验七 最少拍控制算法研究 88 实验八 具有纯滞后系统的大林控制 91 实验九 线性离散系统的全状态反馈控制 94 实验十 模糊控制系统 97 实验十一 具有单神经元控制器的控制系统 100 实验十二 二次型状态调节器 104 实验十三 单闭环直流调速系统 107 实验十四 步进电机转速控制系统 110 实验十五 单闭环温度恒值控制系统 112 附 录 上位机软件使用流程 114 第一部分 使用说明书 第一章 系统概述 THKKL-6”型控制理论及计算机控制技术实验箱是我公司结合教学和实践的需要而进行精心设计的实验系统。适用于高校的控制原理、计算机控制技术等课程的实验教学。该实验箱具有实验功能全、资源丰富、使用灵活、接线可靠、操作快捷、维护简单等优点。 实验箱的硬件部分主要由直流稳压电源、低频信号发生器、阶跃信号发生器、交/直流数字电压表、电阻测量单元、接口、CPU（51单片机）模块、接口、步进电机单元、直流电机单元、温度控制单元、通用单元电路、电位器组等单元组成。 数据采集部分采用USB2.0接口，它可直接插在IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机USB通讯口上，有4路单端A/D模拟量输入，转换精度为12位；2路D/A模拟量输出，转换精度为12位；上位机软件则集中了虚拟示波器、信号发生器、Bode图等多种功能于一体。 在实验设计上，控制理论既有模拟部分的实验，又有离散部分实验；既有经典控制理论实验，又有现代控制理论实验；计算机控制系统除了常规的实验外，还增加了当前工业上应用广泛、效果卓著的模糊控制、神经元控制、二次型最优控制等实验； 第二章 硬件的组成及使用 一、直流稳压电源 直流稳压电源主要用于给实验箱提供电源。有+5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/2.0A四路，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主要用于温度控制单元。 实验前，启动实验箱左侧的电源总开关。并根据需要将+5V、±15V、+24V钮子开关拔到“开”的位置。 实验时，通过2号连接导线将直流电压接到需要的位置。 二、低频信号发生器 低频信号发生器主要输出有正弦信号、方波信号、斜坡信号和抛物线信号四种波形信号。输出频率由上位机设置，频率范围0.1 Hz ~100Hz。可以通过幅度调节电位器来调节各个波形的幅度，而斜坡和抛物波信号还可以通过斜率调节电位器来改变波形的斜率。 三、锁零按钮 锁零按钮用于实验前运放单元中电容器的放电。使用时用二号实验导线将对应的接线柱与运放的输出端连接。当按下按钮时，通用单元中的场效应管处于短路状态，电容器放电，让电容器两端的初始电压为0V；当按钮复位时，单元中的场效应管处于开路状态，此时可以开始实验。 四、阶跃信号发生器 阶跃信号发生器主要提供实验时的阶跃给定信号，其输出电压范围约为-15V~+15V，正负档连续可调。使用时根据需要可选择正输出或负输出，具体通过“阶跃信号发生器”单元的钮子开关来实现。当按下自锁按钮时，单元的输出端输出一个可调的阶跃信号(当输出电压为1V时，即为单位阶跃信号)，实验开始；当按钮复位时，单元的输出端输出电压为0V。 注：单元的输出电压可通过实验箱上的直流数字电压表来进行测量。 五、电阻测量单元 可以通过输出的电压值来得到未知的电阻值，本单元可以在实验时方便地设置电位器的阻值。当钮子开关拨到×10k位置时，所测量的电阻值等于输出的电压值乘以10，单位为千欧。当钮子开关拨到×100位置时，所测量的电阻值等于输出的电压值乘以100，单位为千欧