实验自动控制原理实验指导书.docVIP

自动控制原理实验指导书 吴鹏松 编 班级 学号 姓名 2012 年 3 月  前 言 自动控制原理实验是自动化类学科的重要理论课程实验。本科自动控制原理分为经典控制理论和现代控制理论基础两部分，自动控制原理实验主要是针对经典控制理论的实验，采用的运算电路来进行的。现代控制理论实验由于模型比较复杂，采用MATLAB软件进行数字仿真实验。 离散控制系统实验与计算机控制系统实验是有很大区别的，不能简单的认为在自动控制原理实验箱上就能进行计算机控制系统实验。 自动控制原理实验预习时需要对电路图进行理论分析和综合，可以借助MATLAB软件进行辅助分析和综合。 自动控制原理实验指导书不包括实验箱和实验软件的使用说明，相关的内容参考实验软件LABACT软件中的帮助文件。 由于作者水平有限，书中错误之处在所难免，恳请广大师生及读者提出宝贵意见及建议。 编 者 目 录 实验一 典型环节的模拟研究 实验二 二阶系统特征参数对系统性能的影响 实验三 典型系统的动态特性与稳定性测试 实验四 开环增益与零极点对系统性能的影响 实验五 典型系统的频率特性测试 实验六 线性系统的串联校正 实验七 A/D与D/A 转换及零界阶保持器 实验八 离散控制系统动态性能和稳定性的混合仿真研究 实验九 非线性系统的相平面法分析 实验十 非线性系统的描述函数法分析 附录1 教学考核方法 附录2 实验课安排时间要求  实验一 典型环节的模拟研究 一．实验目的 1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握自动控制综合实验台的使用方法。 2．熟悉各种典型环节的的阶跃响应。 3．研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。 4．掌握ACES软件的使用方法。 二．实验仪器 1．自动控制综合实验箱 2．计算机 3．LABACT软件 三．实验内容 1．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图1-1所示，比例环节的传递函数为： 图1-1 典型比例环节模拟电路 (1) 比例系数（放大倍数）选取： A．当K=1、K=2、K=5时，分别观测阶跃响应曲线，并记录输入信号输出信号波形； B．比例放大倍数 K=R2/R1； (2) 阶跃信号设置：阶跃信号的幅值选择1伏（或5伏） (3) 连接虚拟示波器： A．将输入阶跃信号用排题线与示波器通道CH1相连接； B．将比例环节输出信号（实验电路A2的“OUT2”）与示波器通道CH2相连接。 (4)输入阶跃信号（手动），通过虚拟示波器观测输出阶跃响应曲线并进行记录。 2．观察积分环节的阶跃响应曲线 典型积分环节模拟电路如图1-2所示，积分环节的传递函数为： 图1-2 典型积分环节模拟电路 (1) 积分时间常数T选取： A．T=1秒，T=0.2秒，T=0.1秒； B．T=1秒=R1*C1=100K*10μF， T=0.2秒= R1*C1=100K*2μF， T=0.1秒= R1*C1=100K*1μF。 (2)输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测输出阶跃响应曲线并进行记录。 （注：在每次触发阶跃开关后，须要上下拨动函数发生器区的函数启动停止开关一次，以释放电容C1中的电量，保证积分环节模拟电路对下一次的阶跃信号产生正确响应。） （3） “重复运算”：第一步：输入信号0伏，观察示波器输入信号在0伏准备位置；第二步：将函数启动停止开关由“函数停止”位置拨到“函数启动”位置，电容开始放电（须等5~10秒），然后再把开关拨到“函数停止”位置；第三步：输入1伏阶跃信号（按黄按钮一次），示波器上即可看到输入波形变化； 3．观察比例积分环节的阶跃响应曲线 比例积分环节的传递函数为： 当K=1时，分别观察T=1，T=0.2, T=0.1的阶跃响应曲线。 [注意]： 在开环状态下，如果典型环节中有积分环节，就要放电。可参考积分环节（3）（4）的具体方法，进行重复观察！ 4．观察微分环节的阶跃响应曲线 典型微分环节模拟电路如图1-3所示，微分环节的传递函数为： 图1-3 典型微分环节模拟电路 (1) 微分时间常数 T=1秒，T=0.2秒，T=0.1秒； (2) R1=0, C1 和 R2 根据 T 确定 5．观察比例微分环节的阶跃响应曲线 比例微分环节的传递函数为： 参数：K=1，T=1；K=1，T=0.2; K=2，T=1 。 6．观察比例微分积分环节的阶跃响应曲线 比例微分积分环节的传