自动控制及计算机控制(LABVIEW).doc

目 录 自动控制概述 2 自动控制理论部分 5 实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真研究 5 实验二 典型系统动态性能和稳定性分析 13 实验三 典型环节（或系统）的频率特性测量 17 实验四 线性系统串联校正 23 实验五 典型非线性环节的静态特性 27 实验六 非线性系统相平面法 32 实验七 非线性系统描述函数法 38 实验八 极点配置全状态反馈控制 43 实验九 采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究 49 实验十 采样控制系统串联校正的混合仿真研究 53 自动控制理论软件说明 57 第一章 概 述 57 第二章 安装指南及系统要求 61 第三章 功能使用说明 62 第四章 使用实例 70 计算机控制技术部分 71 实验一 A/D与D/A 转换 73 实验二 数字滤波 77 实验三 D(s)离散化方法的研究 79 实验四 数字PID控制算法的研究 82 实验五 串级控制算法的研究 85 实验六 解耦控制算法的研究 89 实验七 最少拍控制算法的研究 93 实验八 具有纯滞后系统的大林控制 98 实验九 线性离散系统的全状态反馈控制 99 计算机控制软件说明 108 第一章 概 述 108 第二章 安装指南及系统要求 114 第三章 LabVIEW编程及功能介绍 115 第一部分自动控制概述 一．实验系统功能特点 1．系统可以按教学需要组合，满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。只配备ACCT-I实验箱，则实验时另需配备示波器，且只能完成部分基本实验。要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验必须配备上位机（包含相应软件）及USB2.0通讯线。 2．ACCT-I实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。此外，ACCT-I实验箱内还可含有数据处理单元，用于数据采集、输出以及和上位机的通讯。 3．配备PC微机作操作台时，将高效率支持“自动控制原理”的教学实验。系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。PC微机在实验中，除了满足软件仿真需要外，又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。 4．系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。除了指导书所提供的10个实验外，还可自行设计实验。 二．系统构成 实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACCT-I实验箱、USB2.0通讯线等组成。ACCT-I实验箱内装有以C8051F060芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过USB口与PC微机连接。 1．实验箱ACCT-I简介 ACCT-I控制理论实验箱主要由电源部分U1单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、 元器件单元U2、非线性单元U5～U7以及模拟电路单元U9～U16等共14个单元组成，详见附图。 电源单元U1 包括电源开关、保险丝、＋5V、－5V、＋15V、－15V、0V以及1.3V～15V可调电压的输出，它们提供了实验箱所需的所有工作电源。 信号、数据处理单元U3 内含以C8051F060为核心组成的数据处理卡（含软件），通过USB口与上位PC进行通讯。内部包含八路A/D采集输入通道和两路D/A输出通道。与上位机一起使用时，可同时使用其中两个输入和两个输出通道。可以产生频率与幅值可调的周期方波信号、周期斜坡信号、周期抛物线信号以及正弦信号，并提供与周期阶跃、斜坡、抛物线信号相配合的周期锁零信号。结合上位机软件，用以实现虚拟示波器、测试信号发生器以及数字控制器功能。 元器件单元U2 单元提供了实验所需的电容、电阻与电位器，另提供插接电路供放置自己选定大小的元器件。 非线性环节单元U5、U6和U7 U5，U6，U7分别用于构成不同的典型非线性环节。 单元U5可通过拨键S4选择具有死区特性或间隙特性的非线性环节模拟电路。 单元U6为具有继电特性的非线性环节模拟电路。 单元U7为具有饱和特性的非线性环节模拟电路。 模拟电路单元U8～U16 U8～U16为由运算放大器与电阻，电容等器件组成的模拟电路单元。其中U8为倒相电路，实验时通常用作反号器。U9～U16的每个单元内，都有用场效应管组成的锁零电路（所有锁零G内部是互通的）和运放调零电位器（出厂已调好，无需调节）。 2．系统上位机软件的功能与使用方法，详见《ACCT-I自动控制理论实验上位机程序使用说明书》。 三．自动控制理论实验系统实验内容 1． 典型环节的电路模拟与软件仿真研究； 2． 典型系统动态性能和稳定性分析； 3． 典型环节（或系统）的频率特性测量； 4． 线性系统串联校正； 5． 典型非线性环节的静态特性； 6． 非线性系统相平面法； 7． 非线性系统描述函数法；