[工学]南昌大学自动控制实验指导书.doc

目 录 第一章 labACT自控/计控原理实验机构成及说明 1 第二章 虚拟示波器 6 2.1 虚拟示波器的显示方式 6 2.2 虚拟示波器的使用 6 第三章 自动控制原理实验 11 3.1 线性系统的时域分析 11 3.1.1 典型环节的模拟研究 11 3.1.2 二阶系统瞬态响应和稳定性 16 3.1.3 三阶系统的瞬态响应和稳定性 17 3.2 线性控制系统的频域分析 19 3.2.1 一阶惯性环节的频率特性曲线 19 3.2.2 二阶闭环系统的频率特性曲线 20 3.2.3 二阶开环系统的频率特性曲线 22 3.2.4频率特性的时域分析 24 3.3 线性系统的校正与状态反馈 25 3.3.1 频域法串联超前校正 25 3.3.2 频域法串联迟后校正 28 3.3.3 时域法串联比例微分校正 31 3.3.4时域法比例反馈校正 34 3.3.5时域法微分反馈校正 37 3.3.6 线性系统的状态反馈及极点配置 39 3.4 非线性系统的相平面分析 41 3.4.1 典型非线性环节 41 3.4.2 二阶非线性控制系统 44 3.4.3 三阶非线性控制系统 47 3.5 采样控制系统分析 50 3.6 模拟直流电机闭环调速实验 52 3.7 模拟温度闭环控制实验 54 第四章 计算机控制技术实验 56 4.1 数/模转换实验 56 4.2 模/数转换实验 56 4.3 采样与保持 57 4.3.1 采样实验 57 4.3.2 采样/保持器实验 57 4.4 平滑与数字滤波实验 59 4.4.1 微分与平滑 59 4.4.2 数字滤波 60 4.5 数字PID控制实验 62 4.5.1 标准PID控制算法 62 4.5.2 积分分离PID控制算法 64 4.5.3 非线性PID控制算法 64 4.5.4 积分分离--砰砰复式PID控制算法 65 4.6 最少拍控制系统 66 4.6.1 最少拍有纹波系统 66 4.6.2 最少拍无纹波设计 67 4.7 大林算法 68 4.8 多变量解耦控制 70 第五章 控制系统实验 74 5.1 直流电机闭环调速实验 74 5.2 温度闭环控制实验 75 5.3 步进电机调速实验 76 第六章 综合控制实验 77 6.1模拟/数字混合温度闭环控制实验 77 第一章 labACT自控/计控原理实验机构成及说明 主实验板的布置简图 图1-1-2 主实验板的布置简图 二．D和B实验区 1．显示与功能选择模块（D1）及函数发生器（B5） D1实验区是一个显示与功能选择模块，它主要由5位8段数码管、四个功能选择按键和16个指示灯、3个测试孔组成。D1实验区是独立于实验机的CPU控制模块，提供控制对象输出显示，並实现函数发生器（B5）的十种（可选择）波形输出切换控制和显示。 （1） 输入信号测量 上排左按键循环控制输入信号的测量，包括电压（-5V～+5V）、电压（0～+5V）、频率、温度和直流电机转速测量。每按一次按键，指示灯向右循环切换，数码管显示相应的测量信息。信号的输入口为模块中的“电压测量”和“频率测量”3个测试孔。指示灯和数码管的输出数据显示对应关系表见表1-2-1。 表1-2-1 指示灯和数码管的显示对应关系表 项目内容 指示灯 输入测试孔 数据显示 单位 （-5V～+5V）电压测量 电压（-5V～+5V） 电压测量（-5V～+5V） (-)X.XX V （0～+5V）电压测量 电压（0～+5V） 电压测量（0～+5V） X.XX V 频率测量 频率 频率测量 XXX .X Hz C3模块温度值 温度 电压测量（0～+5V） XX.X ℃ C2模块直流电机转速 转速 频率测量 X.XXX 千转/分 （2） 函数发生器波形输出切换控制和显示选择 下排左、右按键循环切换控制输出波形，包括矩形波、正弦波、斜坡、方波、继电特性、饱和特性、死区特性和间隙特性的切换控制。每按一次下排左按键，指示灯向左循环切换，每按一次下排右按键，指示灯向右循环切换，数码管显示相应的波形信息。 上排右按键循环切换控制输出波形，包括矩形波/正弦波和方波/正弦波同时发生。 2．函数发生器（B5） 函数发生器（B5）是各函数及波形发生的控制和输出模块，它含有十种（可选择）波形输出，有4个函数波形调节电位器、1个波形量程选择开关和各函数发生的输出口组成。各波形和函数的输出选择在（D1）模块中选择设置。各波形的切换控制和显示见表1-2-2。 表1-2-2 函数发生器取值及显示 序 号 波形类型 函数发生器取值及显示 左显示及范围 电位器调节 右显示及范围 电位器调节 1 矩形波 宽度 上 0.01S～1S 设定电位器1 幅度（0V～6V） 矩形波调幅