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自 动 控 制 原 理
实 验 指 导 书
机械与电气工程学院
自动化系
二00九年九月
前 言
自动控制课是一门专业基础课。培养和锻炼学生的动手实践和理论应用能力掌握基于MATLAB软件的实验平台进行自动控制系统仿真研究的基本操作技能,为学习后续课程打下基础。
对 学 生 的 要 求
阅读实验指导书,复习与实验有关的理论知识,明确每次实验的目的,了解实验内容和方法。
按实验指导书要求进行接线和操作。
在实验中注意观察,记录有关数据和图像,实验后应断电,整理实验台,恢复到实验前的情况。
认真写实验报告,按规定格式做出图表、曲线,并分析实验结果。字迹要清楚,结论要明确。利用MATLAB软件做的仿真实验要提交仿真程序。
爱护实验设备,遵守实验室规章制度。
若实验未通过,必须补做。
实 验 报 告 要 求
实验前应预习实验指导书中有关内容,了解实验原理,明确实验步骤及注意事项。预习实验时须写预习报告,包括:
(1) 实验名称,实验目的,实验内容
(2)自己设计的原始记录表格
(3)必要的预习计算
(4)注意事项。
做完实验后,应根据所取数据及观察到的现象做实验报告,实验报告必须包括以下三个方面:
(1) 为什么做此实验
(2) 怎样进行实验,要指明关键问题所在
(3) 实验得到怎样的结果
实验报告采用专用的实验报告纸,附上实验原始数据、原始程序及实验结果。实验报告必须装订好以免散失、脱落。实验报告应按要求时间交给老师。每班在本学期结束前将所有同学的实验报告刻录在一张光盘上,交给老师。
目录
前 言 2
对 学 生 的 要 求 3
实 验 报 告 要 求 3
实验一 典型环节及其阶跃响应 5
实验二 二阶系统阶跃响应及性能分析 9
实验三 系统的根轨迹分析 11
实验四 系统频率特性的测量与分析 13
实验五 单回路系统的数字PID控制器设计 16
附录一 实验箱配套软件及硬件使用说明 17
附录二 数字仿真实验基础 20
附录三 SIMULINK使用指南 41
参考文献 43
实验一 典型环节及其阶跃响应
一、实验目的
1.学习构成典型环节的模拟电路,了解电路参数对环节特性的影响。
2.学习典型环节阶跃响应的测量方法,并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。
二、实验内容
(一) 用实验箱构成下述典型环节的模拟电路,并测量其阶跃响应。
1.比例环节的模拟电路及其传递函数如图2-1。
图1-1
G(S)= -R2/R1
2.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图2-2。
图1-2
G(S)=-K/(TS+1) K=R2/R1, T=R2C
3.积分环节的模拟电路及其传递函数如图2-3。
图1-3
G(S)=-1/TS T=RC
4.微分环节的模拟电路及其传递函数如图2-4。
图1-4
G(S)=-RCS
5.比例+微分环节的模拟电路及其传递函数如图2-5。
图1-5
G(S)=-K(TS+1) K=R2/R1,T=R2C
6.比例+积分环节的模拟电路及其传递函数如图1-6。
图1-6
G(S)=K(1+1/TS) K=R2/R1, T=R2C
三、实验步骤
1.启动计算机,在桌面双击图标(自动控制实验系统)运行软件。
2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
比例环节
3.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-1)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出,电路的输出U2接A/D、D/A卡的DA1输入。检查无误后接通电源。
4.在实验课题下拉菜单中选择实验一(典型环节及其阶跃响应)。
5.鼠标单击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设置窗口中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。
6.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。
7.记录波形及数据。
惯性环节
8.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-2)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DAl输出,电路的输出U2接A/D、D/A卡的ADl输入。检查无误后接通电源。
9.实验步骤同4~7。
积分环节
10.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-3)。电路的输入Ul接A/D、D/A卡的DAl输出,电路的输出U2接A/D、D/A卡的ADl输入。检查无误后接通电源。
11.实验步骤同4~7。
微分环节
12.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-4)。电路的输入Ul接A/D、D/A卡的DAl输出,电路的输出U2接A/D、D/A卡的ADl输入。检查无误后接通
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