(控制系统分析与设计实验指导书更新.docVIP

吉林大学珠海学院机电工程系内部使用教材 《控制系统分析与设计（一）》 实验指导与报告 谭颖琦 徐杭编 姓名： 学号： 2011年2月前 言 本书是《控制系统分析与设计（一）》这门课程的配套实验指导书。该实验指导书侧重于培养学生将理论知识应用于实践的动手能力，力求通过开设的实验，使学生更好地理解和掌握控制系统分析的基本知识、原理和方法。 本书基于TKKL-4型控制理论/计算机控制技术实验箱设计了三个实验，共安排8学时。 第一个实验是控制系统典型环节的模拟实验，4学时，本实验主要是使学生掌握控制系统典型环节的分析与设计的方法；第二个实验是线性定常二阶系统的瞬态响应和稳定性分析，2学时，本实验是使学生掌握二阶系统的动态响应及性能指标特性；第三个实验是线性定常三阶系统的瞬态响应和稳定性分析，2学时，本实验是使学生掌握三阶系统的动态响应及性能指标特性。 每项实验都分实验目的、实验预习、实验内容及步骤和实验思考题四个部分。学生可在这几个部分引导下完成实验，并提示学生进行总结和归纳，并提出关键性问题让学生自行思考。特别是实验预习部分，请同学们在做实验前完成预习内容。 本书在编写过程中，还参考了相关的教材，由于时间仓促和作者水平有限，书中的疏漏和谬误，请同学和老师不吝赐教。 谭颖琦 2010-3 实验一 控制系统典型环节的模拟实验（4学时） 一、实验目的 1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。 2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。 二、实验预习 1.请将表1-1所示各典型环节的传递函数补充完整。 2.请填充表1-3的典型环节的理想阶跃响应曲线。 表1-1 典型环节的方块图及传递函数 典型环节名称 方 块 图 传递函数 比例 （P） 积分 （I） 比例积分 （PI） 比例微分 （PD） 惯性环节 （T） 比例积分 微分（PID） 三、实验内容与步骤 ①准备：使运放处于工作状态。 将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（K30A）夹断，这时运放处于工作状态。 ②阶跃信号的产生： 电路可采用图1-1所示电路，它由“阶跃信号单元”（U3）及“给定单元”（U4）组成。 具体线路形成：在U3单元中，将H1与+5V端用1号实验导线连接，H2端用1号实验导线接至U4单元的X端；在U4单元中，将Z端和GND端用1号实验导线连接，最后由插座的Y端输出信号。 以后实验若再用阶跃信号时，方法同上，不再赘述。 ③按表1-2中的各典型环节的模拟电路图将线接好(前两学时接比例P、积分I、惯性T，后两学时接比例积分PI、比例微分PD、比例积分微分PID)。 表1-2 典型环节的模拟电路图 各典型环节名称 模拟电路图 比例 （P） 积分 （I） 比例积分 （PI） 各典型环节名称 模拟电路图 惯性环节 （T） 比例微分 （PD） 比例积分 微分（PID） ④将模拟电路输入端(Ui)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。 按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果，注意响应曲线拐点的参数，试将表1-3补充完整。 ⑤同理得积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，请将它们的理想曲线和实际响应曲线填至表1-3。 ⑥观察PID环节的响应曲线方法： 1）将U1单元的周期性方波信号(U1 单元的ST端改为与S端用短路块短接，S11波段开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压，信号周期由波段开关S11和电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。以信号幅值小、信号周期较长比较适宜)。 2）参照表1-2中的PID模拟电路图，按相关参数要求将PID电路连接好。 3）将1）中产生的周期性方波信号加到PID环节的输入端（Ui），用示波器观测PID输出端(Uo)，改变电路参数，重新观察并记录。 3．用示波器测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应，改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响，并将观测结果补充表1-3。 表1-3 各典型环节理想和阶跃响应曲线和各实际观测曲线 典型 环节 传递函数参数与 模拟电路参数关系 单位阶跃响应 理想阶跃响应曲线