《控制系统MATLAB仿真》实验讲义.doc

PAGE PAGE 18 《自动控制原理实验》 目 录 第一部分 实验箱的使用 第二部分 经典控制实验 第一章 基本实验 实验一 典型环节及其阶跃响应 实验二 二阶系统阶跃响应 实验三 控制系统的稳定性分析 实验四 控制系统的频率特性 实验五 连续控制系统的串联校正 实验六 数字PID控制实验 第二章 综合实验 现代控制理论实验 第一章 基本实验 第二章 综合实验 实验一 典型环节及其阶跃响应 预习要求： 1、复习运算放大器的工作原理；了解采用741运算放大器构成各种运算电路的方法； 2、了解比例控制、微分控制、积分控制的物理意义。 一、实验目的 1、学习自动控制系统典型环节的电模拟方法，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； 3、学会根据阶跃响应曲线计算确定典型环节的传递函数。 二、实验内容 1、比例环节 电路模拟： 图1-1 传递函数： 2、惯性环节 电路模拟： 图1-2 传递函数： 3、积分环节 电路模拟： 图1-3 传递函数： 4、微分环节 电路模拟： 图1-4 传递函数： 5、比例微分 电路模拟： 图1-5 传递函数： 6、比例积分 电路模拟： 图1-6 传递函数： 三、实验步骤 1、计算机与实验箱的连接 1）用串行口线将计算机串行口与实验箱相联。 2）双击在桌面上的“自动控制实验系统”图标，运行自动控制实验系统软件。 3）下拉“串口测试”窗口，单击“串口测试”，如果测试窗口出现数字码，表示计算机与实验箱已经连接好，可以继续下面的实验。如果测试窗口没有出现数字码，表示计算机与实验箱连接失败。在这种情况下，必须找到通信失败的原因，再对通信串口进行测试，直到连接正常，才能继续下面的实验。 注意：在计算机串行口通信不正常的情况下，不能开始实验！ 2、实验电路的连接 在连接实验电路之前，先将实验箱电源关掉，然后再进行连接。 按各个环节的电路模拟图进行连线； 将被模拟电路的输入U1与实验箱中控制板上的DA1相连，同时将被模拟电路的输出U2与实验箱中控制板上的AD1相连。 在仔细检查实验线路连接没有错误之后，再将实验箱电源打开。 注意：被连接模拟电路输入、输出不能与实验箱中控制板上的位置相连错！ 3、实验方法 1）双击在桌面上的“自动控制实验系统”图标，运行自动控制实验系统软件。 2）在实验课题下拉菜单中选择实验一，用鼠标右键[典型环节及其阶跃响应]项，弹出参数设置窗口，了解参数设置内容（参数设置内容暂不改变）。 3）单击“确认”，等待屏幕显示取显示测试结果（“黄线”为所加标准信号，“绿线”为测试结果）。 4）记录有关的波形和数据。 四、数据测试 1、测量各个典型环节（图1-1~图1-6）电路模拟图的单位阶跃响应曲线，并记录其波形。 2、从实验测量得到的单位阶跃响应曲线，求出传递函数。 五、实验要求 理解各个典型环节的作用，掌握自动控制系统典型环节的电模拟方法； 掌握实验箱的工作原理和结构，掌握“自控理论实验系统”软件的使用方法； 按照规定要求写出实验报告。实验报告应该包括以下内容： 实验X XXXXXXXXX实验 一、实验目的 二、实验内容 三、实验步骤 四、数据（曲线）测试记录 五、数据处理 六、实验小结 4、实验报告重点：从实验测量得到的单位阶跃响应曲线2，求出惯性环节的传递函数，并分析时间常数的误差。 实验二 二阶系统阶跃响应 预习要求： 1、理解二阶系统的特征参数：阻尼比和无阻尼自然频率对系统动态性能的影响； 2、了解单位阶跃响应曲线超调量和调节时间的测量方法。 一、实验目的 研究二阶系统的特征参数：阻尼比和无阻尼自然频率对系统动态性能的影响，定量分析和与最大超调量和调节时间之间的关系； 2、学会单位阶跃响应曲线超调量和调节时间的测量方法。 二、实验内容 1、典型二阶系统的闭环传递函数： （2-1） 2、二阶系统的电路模拟图 图2-1 电路的结构图： 图2-2 开环传递函数： 闭环传递函数： （2-2） 比较式（2-1）与式（2-2），可得 ， 当一定时，固定电阻，调节电阻，可以改变阻尼比的取值，从而改变系统阶跃响应过渡过程的和。同理，当一定时，改变电容、，也可以改