自动控制理论实验指导书2004-97

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1、自动控制实验指导书75.前言自动控制原理是自动化、自动控制、电子电气技术等专业教学中的一门重要专业基础课程。它可以处理时变、非线性以及多输入、多输出等复杂的控制系统等问题。本套EL-AT-III型自动控制实验系统克服了以前做自动控制理论实验时，连线复杂，连接不稳定的缺点，通过对单元电路的灵活组合，可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。可以使学生把主要精力集中在系统电路和系统特性的研究上。本系统采用DA/AD卡通过USB口和计算机连接实现信号源信号的输出和系统响应信号的采集，采集后的信号通过计算机显示屏显示，省去了外接信号

2、源和示波器测量相应信号的麻烦。EL-AT-III型自动控制实验系统支持自动控制理论课的所有实验，通过这套仪器可使学生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法，学习和掌握系统模拟电路的构成和测试技术，提高应用计算机的能力和水平。本书分为三章，第一章为EL-AT-III型实验箱硬件资源，主要介绍实验箱的硬件组成和系统单元电路。第二章为系统集成操作软件，主要介绍系统软件的安装，操作以及计算机和实验箱的通讯设置。第三章为实验系统部分，主要介绍各个实验的电路组成，誓言原理和实验步骤。另外，在附录部分由部分实验

3、的说明和参考结果。自动控制实验指导书75.目录第一章硬件资源……………………………...…………………………..…………………..2第二章软件安装及使用……………………………………………………...……………….5第三章实验系统部分………………………...……………………………………………..11实验一典型环节及其阶跃响应…………………………….……………………………12实验二二阶系统阶跃响应…………………………………….………………………....17实验三控制系统的稳定性分析……………………………….……………………..….

4、.21实验四系统频率特性测量…………………………………….………………………....24实验五连续系统串联校正…………………………………….………………………....30实验六数字PID控制…………………………………………………………………....35实验七状态反馈与状态观测器…………………………….……………………….…...38实验八解耦控制……………………………………………….…………………….…...41实验九采样实验……………………………………………….………………………....45实验十非线性实验………………………

5、…………………….…………………………48实验十一相轨迹实验…………………………………………….……………………....52实验十二数据采集…………………………………………….………………………....54附录一实验说明及参考答案………………………….……………………………………55附录二AD/DA卡调试说明……………………….….….…………...….………………….75自动控制实验指导书75.第一章硬件资源EL-AT-III型实验系统主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱、打印机（可选）组成如图1，其中计算机根

6、据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要构造被控模拟对象。显示器计算机打印机实验箱电路AD/DA卡图1实验系统构成实验箱面板如图2：图2实验箱面板下面主要介绍实验箱的构成：一、系统电源EL-AT-III系统采用本公司生产的高性能开关电源作为系统的工作电源，其主要技术性能指标为：1．输入电压：AC220V2．输出电压/电流：＋12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A3．输出功率：22W4．工作环境：－5℃～＋40℃。自动控制实验指导书75.一、AD/

7、DA采集卡AD/DA采集卡如图3采用EZUSB2131芯片做为主控芯片，负责数据采集和USB通信，用EPM7128作为SPI总线转换，AD为TL1570I其采样位数为10位，采样率为1KHz。DA为MAX5159转换位数为10位，转换速率为1K。AD/DA采集卡有两路输出（DA1、DA2）和两路输入（AD1、AD2），其输入和输出电压均为－5V～+5V。图3AD/DA采集卡二、实验箱面板实验箱面板布局如图4AD/DA卡输入输出模块实验模块1实验模块2电源模块模拟开关二极管区EL-CAT-II实验模块3电阻、电容、二极管区实验模

8、块4变阻箱、变容箱模块实验模块5实验模块8实验模块6实验模块7自动控制实验指导书75.图4实验箱面板布局实验箱面板主要由以下几部分构成：1．实验模块本实验系统有八组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。每个模块中都有一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。这样通过对这八