自动控制理论实验教案 新

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1、自动控制理论实验教案（指导书）目录0、操作说明…………………………………………………………………………………11、典型环节的时域响应2、典型系统的时域响应和稳定性分析（线性定常系统的瞬态响应和稳态性能分……13、线性系统的频率响应分析（线性系统的频率特性研究）……………………………14、线性系统的校正（线性系统的校正研究………………………………………………15、线性系统的根轨迹分析…………………………………………………………………16、离散系统的稳定性分析（离散系统的研究）……………………………

2、……………17、线性系统的状态空间分析………………………………………………………………18、控制系统的计算机辅助分析……………………………………………………………10、操作说明本实验自动控制原理课程为基础，分为理论实验和应用实验两部分，共由十个实验模块组成，每个模块都是一个独立的实验模块，通过更换模块，能够在一台ELVIS上完成多个实验。0.1、工作原理该系统在ELVIS原型板的基础上，设计并开发了即插即用实验模块，用实验模块替换ELVIS的原型实验板，即可以完成对应的实验。借助于NIELVIS

3、平台提供的程控电源，函数信号发生器，±15V和+5V电源等资源，作为模块上电路和相应信号调理电路的激励信号和工作电源，将相应的信号通过示波器等采集到计算机中，用LabVIEW语言编写的程序进行分析和处理，从而组成一个完整的实验系统。0.2、硬件配置典型的LECT-1101课件系统硬件配置包含如下主要部分（以ELVISII为例说明）：图:0-1典型LECT-1101课件系统硬件配置①便携计算机②ELVISIIUSB线缆（ELVISI则配备数据采集卡）③ELVISII工作台④LECT-1101实验模

4、块⑤ELVISII电源⑥外部电源0.3、系统外观图:0-2系统外观0.4、模块结构①电子元件单元：提供实验中需要的不同种类和不同规格的电子元器件。两个接线柱之间标注电阻100k，表示该元件是阻值为100k的电阻，同理，标注电容1uf，则表示该元件是1uf的电容。实验中用连接线直接将需要连接的元件连入电路中即可，比如实验中需要取R1为100k，则将R1两端接线柱与100k电阻两端接线柱用导线连接即可，下同。②实验电路单元：模拟电路图区域，该区域显示模拟电路图，将电子元件接入电路即可搭建不同实验电路

5、，其中：“R(t)”：表示系统信号输入端，将Vout与R(t)连接，即将阶跃信号接入电路；“C(t)”：表示系统阶跃响应的输出端；③阶跃信号单元（可调电压单元）：实验一--实验七的该区域是阶跃信号单元，可以输出不同幅值的阶跃信号，在实验八中该区域是可调电压单元，用于输出-10V～+10V可调电压，其中各按钮功能如下：“ON-OFF”：阶跃信号（Vout）的输出开关；“Power”：“ON-OFF”开关指示灯；“0V-5V”：阶跃信号旋钮，可以输出0V，1V，2V，3V，4V，5V阶跃信号；“Vo

6、ut”：阶跃信号输出端口。④输入输出单元：包括系统的输出信号端口和输出信号端口，以及信号源和系统接地端，其中各按钮功能如下：“SIG0_IN”：0通道信号输入端，接电路中的信号输入或输出端，与“SIG0_OUT”短接；“SIG1_IN”：1通道信号输入端，接电路中的信号输入或输出端，与“SIG1_OUT”短接；“SIG0_OUT”：0通道信号输出端，接ELVIS的示波器输入端，与“SIG0_IN”短接；“SIG1_OUT”：0通道信号输出端，接ELVIS的示波器输入端，与“SIG0_IN”短接。

7、“FGEN“：信号发生器输出端，可以输出正弦波、三角波、方波。“GND“：ELVIS电源地端。图:0-3模块区域分布0.5、基本操作流程1、典型环节的时域响应一、实验目的1.掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握ELVIS实验套件的使用方法。2.熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验设备PC机一台，ELVIS教学套件，LECT-1101-01实验板一块，双头BNC线两条，导线若干。三、实验原理1.比例环节1.1方块图:1.2传递函

8、数1.3阶跃响应1.4模拟电路2.积分环节2.1方块图2.2传递函数2.3阶跃响应2.4模拟电路3.比例积分环节3.1方块图3.2传递函数3.3阶跃响应3.4模拟电路4.惯性环节4.1方块图4.2传递函数4.3阶跃响应4.4模拟电路R0=R=200K,C=1F/2F5.比例微分环节5.1方块图5.2传递函数5.3阶跃响应5.4模拟电路6.PID环节6.1方块图6.2传递函数6.3阶跃响应6.4模拟电路四、思考题1.测试结果为什么会与理论值有偏差？2.影响偏差的原因是什么？2、线性定常系统的瞬态响