自动控制实验指导书

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1、实验一典型环节及其阶跃响应一、实验目的1.掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。2.掌握控制系统时域性能指标的测量方法。二、实验仪器1.EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2.计算机一台三、实验原理1．模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运输放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性

2、能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。2．时域性能指标的测量方法：超调量σ%：1)启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。2)检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。3)连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后

3、接通电源。4)在实验项目的下拉列表中选择实验一[典型环节及其阶越响应]。5）鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。6）用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：TP与TS利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95％稳态值所需的时间值，便可得到TP与TS。四、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶越响应：1．比例环节的模拟电路及传递函数如图1-1图1-1图1-22．惯性环节的模

4、拟电路及传递函数如图1-2。3．积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。4．微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。图1-3图1-45．比例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5。6．比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。图1-5图1-6五、实验步骤1．启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。2．测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续，如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。3．连接被测量典型环节的模拟电路：比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、比例＋微分环节

5、、比例＋积分环节。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。4．在实验项目的下拉列表中选择实验一[典型环节及其阶跃响应]。5．鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后，鼠标点击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。6．观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。7．记录波形及数据记录在表格中。六、实验数据、表格与曲线参数阶跃响应曲线TS(秒)典型环节理论值实测值R1=100KR2=100K/200KC=1uf

6、K=1或2T=0.1s比例环节惯性环节积分环节微分环节比例＋微分环节比例＋积分环节七、实验报告1．由阶跃响应曲线计算出实验典型环节的传递函数，并与电路计算的结果相比较。2．将实验中测得的曲线、数据及理论计算值整理列表。实验二二阶系统阶跃响应一、实验目的1．研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ自然频率ωn对系统动态性能的影响。定量分析ζ和ωn与最大超调量MP和调节时间ts之间的关系；2．进一步学习实验系统的使用方法；3．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实验仪器1.EL-AT-III型自动控制系统实验箱一

7、台2.计算机一台三、实验原理1．模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便得到了系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。2．域性能指标的测量方法：1）超调量σ％利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量；2

8、）TP：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值；3）TS：利用软件的游标测量水平方向上从零到达95％稳态值所需的时间值；四、实验内容图2-1二阶系统模拟图典型二阶系统的闭环传递函数为其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的影响。图2-1二阶系统结构图式中T=RC，K=R2/R1取R1=200K，R2=100K和200K，可得实验所需得阻尼比；电阻R取100K，电容C分别取1uf和0.1uf，可得两个无阻尼自然频率