自动控制原理实验.doc

自动控制原理实验 实验一　典型环节的电模拟及其阶跃响应分析 　　一、实验目的 ⑴ 熟悉典型环节的电模拟方法。 ⑵ 掌握参数变化对动态性能的影响。 　　二、实验设备 ⑴ CAE2000系统（主要使用模拟机，模/数转换，微机，打印机等）。 ⑵ 数字万用表。 　　三、实验内容 　　１．比例环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 传递函数 负号表示比例器的反相作用。模拟机排题图如图9-1所示，分别求取K=1，K=2时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 图9-1 比例环节排题图 图9-2 积分环节排题图 　　２．积分环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 传递函数 模拟机排题图如图9-2所示，分别求取K=1，K=0.5时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 　　３．一阶惯性环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 传递函数 模拟机排题图如图３所示，分别求取K=1, T=1; K=1, T=2; K=2, T=2 时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 　　４．二阶系统的模拟及其阶跃响应 微分方程 传递函数 画出二阶环节模拟机排题图，并分别求取打印： 　　⑴ T=1，?=0.1、0.5、1时的阶跃响应曲线。 　　⑵ T=2，?=0.5 时的阶跃响应曲线。 　　四、实验步骤 ⑴ 接通电源，用万用表将输入阶跃信号调整为2V。 ⑵ 调整相应系数器；按排题图接线，不用的放大器切勿断开反馈回路（接线时，阶跃开关处于关断状态）；将输出信号接至数/模转换通道。 ⑶ 检查接线无误后，开启微机、打印机电源；进入CAE2000软件，组态A/D，运行实时仿真；开启阶跃输入信号开关，显示、打印曲线。 　　五．实验预习 ⑴ 一、二阶系统的瞬态响应分析；模拟机的原理及使用方法（见本章附录）。 ⑵ 写出预习报告；画出二阶系统的模拟机排题图；在理论上估计各响应曲线。 　　六．实验报告 ⑴ 将每个环节的实验曲线分别整理在一个坐标系上，曲线起点在坐标原点上。分析各参数变化对其阶跃响应的影响，与估计的理论曲线进行比较，不符请分析原因。 ⑵ 由二阶环节的实验曲线求得﹪、ts、tp，与理论值进行比较，并分析﹪、ts、tp等和T、?的关系。 实验二　随动系统的开环控制、闭环控制及稳定性 　　一．实验目的 　　了解开环控制系统、闭环控制系统的实际结构及工作状态；控制系统稳定的概念以及系统开环比例系数与系统稳定性的关系。 　　二．实验要求 　　能按实验内容正确连接实验线路，正确使用实验所用测试仪器，在教师指导下独立完成实验，并能对实验结果进行分析。 　　三．实验设备 ⑴ XSJ-3（或XSJ-2）型小功率直流随动系统学习机。 ⑵ 直流稳压电源(用于XSJ-3型)。 ⑶ 超低频长余辉示波器。 ⑷ 数字万用表。 　　四．实验内容及步骤 　　１．开环控制系统实验 　　⑴ 用螺丝刀将直流电机轴与反馈电位器连接轴螺丝拧松，使直流电机轴与反馈电位器脱开（开环时保护反馈电位器）。 图9-4 开环控制系统原则性方框图 　　⑵ 将给定电位器，运放Ⅰ，运放Ⅱ，功放，直流电机联接成开环状态（给定电位器旋至0），其原则性方框图如图9-4（接线时可参考图9-8）。 　　⑶ 旋转给定电位器，使其滑臂转角大小、方向不同（即输入电压大小、极性不同）时，观察电机恒定转速与方向。将速度变化趋势填入表9-1。 　　⑷ 改变运放Ⅱ放大倍数，重复上述过程。 　　２9-5。 ⑶ 判断反馈极性：按照给定电位器顺时针方向时电机的转向，用手转动电机轴，使反馈电位器转过一个角度，用万用表测量反馈电位器输出电压，若是电压下降或负相增加则反馈极性为负，否则为正（如果是正反馈，须改成负反馈，请同学自己解决）。 　　⑷ 将系统连接成负反馈闭环状态。 　　⑸ 将给定电位器滑臂由零转过三个不同的角度（可分为30°、60°、90°），分别读出反馈电位器由起始位置变化的角度。改变给定电位器转向，重复上述过程。将结果填入表9-2。 　　⑹ 改变运放Ⅱ比例系数（共分为小、中、大），重复实验步骤⑷。 　　３．系统开环比例系数与稳定性的关系 　　⑴ 将系统保持闭环控制系统实验时状态，同时将反馈电位器输出电压接到示波器输入端（反馈电压可表示直流电机转角，即输出转角）。 　　⑵ 将给定电位器置0（或者断开）。取运放Ⅱ比例系数为三个不同数值（三个不同数值的选取以出现三种明显不同的过渡特性为准，即指数曲线，衰减振荡，激烈衰减振荡），加入阶跃输入信号，用示波器观察输出波形，并将波形填入表9-3。 　　五．实验预习 ⑴ 控制系统的稳定性；直流电动机系统数学模型的建立；实验指导书。 ⑵ 写出预习报告，画出系统方框图，标明各部分传递函数，估计实验结果。 　　六．实验