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1、自动控制原理实验讲义郭烜内蒙古民族大学物理与电子信息学院信息与自动化技术教研室2012年8月23目录绪论第一章自动控制原理实验实验一MATLAB软件和THDAQ虚拟实验设备的使用实验二控制系统的单位阶跃响应实验三高阶系统的时域动态性能和稳定性研究实验四线性系统的根轨迹实验五线性系统的频域分析实验六线性系统校正与PID控制器设计第二章自动控制原理模拟实验环境简介第一节MATLAB软件系统与Simulink仿真工具第二节CZ-AC型自动控制原理实验箱与THDAQ虚拟实验设备23绪论《自动控制原理》是电子信息专业的专业基础课程，自
2、动控制原理实验课程是一门理论验证型实验课程，结合自动控制理论课开设了一系列相应的实验，使学生理论与实践结合，更好的掌握控制理论。通过实验，学生可以了解典型环节的特性，模拟方法及控制系统分析与校正方法，掌握离散控制系统组成原理，调试方法；使学生加深对控制理论的理解和认识，同时有助于培养学生分析问题和解决问题的工程综合能力，拓宽学生的专业面和知识面，为以后的深入学习与工作打下良好的扎实的基础。23第一章自动控制原理实验实验一MATLAB软件与THDAQ虚拟实验设备的使用一、实验目的1. 学习MATLAB软件、动态仿真环境Simu
3、link以及THDAQ虚拟实验设备的正确使用方法。2. 掌握建立控制系统数学模型的初步方法。二、实验设备计算机、MATLAB软件、CZ-AC型自动控制原理实验箱、THDAQ虚拟实验设备、万用表三、实验内容及原理1.MATLAB基本运算见第二章1.4节：MATLAB基本运算2.用MATLAB建立控制系统数学模型控制系统常用的三种数学模型：<1>传递函数模型(多项式模型)用函数tf()建立控制系统传递函数模型：命令调用格式：sys=tf(num,den)或printsys(num,den)也可以用多项式乘法函数conv()输入n
4、um/den如：，num=5*conv(conv([1,2],[1,2]),[1,6,7])<2>零极点模型调用格式：z=[z1,z2,…,zm];p=[p1,p2,…,pn];k=[k];sys=zpk(z,p,k)<3>部分分式展开式模型调用格式：[r,p,k]=residue(num,den)233.用Simulink建立系统模型点击MATLAB命令窗口菜单“File”下“New”子菜单下“Model”命令打开扩展名为“.mdl”的模型文件，或在MATLAB命令窗口输入命令“simulink”，选定模块拖到模型设计窗口
5、，单击模块的输入或输出端，当光标变成十字时，拖到目标模块的输出或输入端口，当光标变成双十字时，松开鼠标，形成连接信号线。4.用CZ-AC型实验箱构建典型环节的模拟电路比例环节：，图中：KP=Rf/Ri积分环节：；图中:Ti=RiCf比例微分环节：；图中：四、实验步骤1.启动Matlab软件，熟悉系统界面、菜单和命令窗口。232.在命令窗口执行命令：计算：<1>a=0.2,x=o.3,:y=1/(a*log(1-x-a)+2*a)<2>t=3,:f=2*log(t)*exp(t)*sqr(pi)<3>矩阵输入，并转置A=B’。
6、<4>最小二乘法曲线三阶拟合：x=[12345]；y=[5.543.1128290.7498.4]；p=ployfit(x,y,3)3.启动Simulink及其模型库，建立系统模型。4.用CZ-AC型实验箱连接一下典型环节，并在THDAQ-VILAB中观察其阶跃响应。<1>比例环节：求取Ri=1M，Rf=510K(KP=0.5)；Ri=1M，Rf=1M(KP=1)时的阶跃响应。<2>积分环节：分别求取Ri=1M，Cf=1μ(Ti=1秒)；Ri=1M，Cf=4.7μ(Ti=4.7秒)时的阶跃响应曲线。<3>比例微分环节：分别求
7、取(Ri=Rf=R1=R2=1M，C=2μ(KP=2,Td=3.0秒)；Ri=2M，Rf=R1=R2=1M，C=4.7μ(KP=1，Td=7.05秒)时的阶跃响应曲线。五、思考与实验报告要求1．思考：一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节；在什么条件下可视为比例环节？2．原始数据记录应包括输入程序和运行结果数据及图形，每一小步骤仅记录一种情况即可。23实验二控制系统的单位阶跃响应一、实验目的1. 理解并进一步掌握系统建模技巧、环节的串并联、反馈环节的引入、闭环极点的求取等内容。2. 研究典型环节和二阶系统的阶跃响应，观察阻尼
8、比和自振角频率对系统性能的影响。二、实验设备计算机、MATLAB软件、CZ-AC型自动控制原理实验箱、THDAQ虚拟实验设备、万用表三、实验内容1．系统模型操作命令多项式模型：sys=tf(num,den);printsys(num,den)零极点模型：sys=zpk(z,p,k)模型转换
