控制系统分析与设计实验指导书更新

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1、吉林大学珠海学院机电工程系内部使用教材《控制系统分析与设计（一）》实验指导与报告谭颖琦徐杭编姓名：学号：2011年2月26前言本书是《控制系统分析与设计（一）》这门课程的配套实验指导书。该实验指导书侧重于培养学生将理论知识应用于实践的动手能力，力求通过开设的实验，使学生更好地理解和掌握控制系统分析的基本知识、原理和方法。本书基于TKKL-4型控制理论/计算机控制技术实验箱设计了三个实验，共安排8学时。第一个实验是控制系统典型环节的模拟实验，4学时，本实验主要是使学生掌握控制系统典型环节的分析与设计的方法；第二个实验是线性定常二阶系统的瞬态响应和稳定性分析，2学时，本实

2、验是使学生掌握二阶系统的动态响应及性能指标特性；第三个实验是线性定常三阶系统的瞬态响应和稳定性分析，2学时，本实验是使学生掌握三阶系统的动态响应及性能指标特性。每项实验都分实验目的、实验预习、实验内容及步骤和实验思考题四个部分。学生可在这几个部分引导下完成实验，并提示学生进行总结和归纳，并提出关键性问题让学生自行思考。特别是实验预习部分，请同学们在做实验前完成预习内容。本书在编写过程中，还参考了相关的教材，由于时间仓促和作者水平有限，书中的疏漏和谬误，请同学和老师不吝赐教。谭颖琦2010-326实验一控制系统典型环节的模拟实验（4学时）一、实验目的1．掌握控制系统中各

3、典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。二、实验预习1.请将表1-1所示各典型环节的传递函数补充完整。2.请填充表1-3的典型环节的理想阶跃响应曲线。表1-1典型环节的方块图及传递函数典型环节名称方块图传递函数比例（P）积分（I）26比例积分（PI）比例微分（PD）惯性环节（T）比例积分微分（PID）26三、实验内容与步骤①准备：使运放处于工作状态。将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（K30A）夹断，这时运放处于工作状态。②阶跃信号的产生：电路可采用图1-1所示

4、电路，它由“阶跃信号单元”（U3）及“给定单元”（U4）组成。具体线路形成：在U3单元中，将H1与+5V端用1号实验导线连接，H2端用1号实验导线接至U4单元的X端；在U4单元中，将Z端和GND端用1号实验导线连接，最后由插座的Y端输出信号。26以后实验若再用阶跃信号时，方法同上，不再赘述。③按表1-2中的各典型环节的模拟电路图将线接好(前两学时接比例P、积分I、惯性T，后两学时接比例积分PI、比例微分PD、比例积分微分PID)。表1-2典型环节的模拟电路图各典型环节名称模拟电路图比例（P）积分（I）26比例积分（PI）各典型环节名称模拟电路图惯性环节（T）比例微分（

5、PD）26比例积分微分（PID）④将模拟电路输入端(Ui)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果，注意响应曲线拐点的参数，试将表1-3补充完整。⑤同理得积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，请将它们的理想曲线和实际响应曲线填至表1-3。⑥观察PID环节的响应曲线方法：1）将U1单元的周期性方波信号(U1单元的ST端改为与S端用短路块短接，S11波段开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压，信号周期由波

6、段开关S11和电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。以信号幅值小、信号周期较长比较适宜)。2）参照表1-2中的PID模拟电路图，按相关参数要求将PID电路连接好。3）将1）中产生的周期性方波信号加到PID环节的输入端（Ui），用示波器观测PID输出端(Uo)，改变电路参数，重新观察并记录。3．用示波器测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应，改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响，26并将观测结果补充表1-3。26表1-3各典型环节理想和阶跃响应曲线和各实际观测曲线典型环节传递函数参数与模拟电路参数关系单位阶跃响应理想阶跃响应曲线（预习部分）实测阶

7、跃响应曲线比例PK=μo(t)=KRo=250KR1=100KR1=250K26典型环节传递函数参数与模拟电路参数关系单位阶跃响应理想阶跃响应曲线（预习部分）实测阶跃响应曲线惯性TK=T=R1Cμo(t)=K(1-e-t/T)R1=250KRo=250KC=1μFC=2μF26典型环节传递函数参数与模拟电路参数关系单位阶跃响应理想阶跃响应曲线（预习部分）实测阶跃响应曲线积分IT=RoCμo(t)=Ro=200KC=1μFC=2μF26典型环节传递函数参数与模拟电路参数关系单位阶跃响应理想阶跃响应曲线（预习部分）实测阶跃响应曲线比例积分PIK=T=Ro