自动控制理论实验指导书(2010年)

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1、自动控制原理实验指导书（试用稿）陈秀菊林宝全编电气学院实验中心2010年9月37目录实验一典型环节的电路模拟┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1实验二二阶系统动态性能和稳定性分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4实验三二阶系统计算机计算机辅助分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈7实验四控制系统根轨迹分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8实验五控制系统的稳定性研究┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈9实验六控制系统的频率特性测量┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈11实验七控制系统串联校正┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15实验八控制系统计算计算机辅助设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

2、┈┈┈┈18实验九典型非线性环节的静态特性┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈19实验十非线性系统研究┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈23实验十一极点配置全状态反馈控制┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈28实验十二采样控制系统的研究┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈33实验十三线性系统理论仿真┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈38实验十四能控性、能观测性与其标准型┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈41实验十五线性系统的运动分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈43实验十六状态反馈与状态观测器┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈45实验十七线性二次最优控制器设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

3、┈┈┈┈┈┈47附录一ACCT-III自动控制理论实验箱简介┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈49附录二ACCT-III自动控制理论实验箱简介┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈49附录三MATLAB语言┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5137实验一典型环节的电路模拟一、实验目的1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。2．学习典型环节的电模方法，以及参数测试方法。3．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟研究方法。二、实验设备1．ACCT-Ⅲ型自动控制理论实验箱一台2．方正电脑一套3．螺丝刀一把三、实验原理及线路1．积分(I)环节积分环节的传递函数为：模拟

4、电路图图1积分环节模拟电路图其方块图和阶跃响应，分别如图2和图3所示，于是，实验参数取R0＝100k，C＝1uF。图3阶跃响应图图2方块图372．惯性环节惯性环节的传递函数为：模拟电路图4惯性环节模拟电路图其方块图和阶跃响应，分别如图5和图6所示，其中，，实验参数取R0＝100k，R1＝100k，C＝1uF。图6阶跃响应图图5方块图3．比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数为：方块图：图7方块图37其模拟电路如图8所示，于是，，实验参数取R0＝100k，R1＝100k，C＝1uF。图8比例积分环节模拟电路图四、实验内容及步骤1．熟悉实验设备，设计积分、惯性、比例积分环节的模拟电路

5、。2．选定一组参数，按图示的模拟电路在ACT-Ⅰ型自动控制理论实验箱上接线。3．观察环节的阶跃响应；描下响应曲线并记录有关数据。4．另选一组参数，重复步骤2、35．在上位机界面上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。五、预习内容1．了解ACT-Ⅰ型自动控制理论实验箱的使用方法。2．求出各典型环节在给定参数下的阶跃响应曲线，做书面报告。3．拟定输出瞬时值的测量方法以及时间常数的测量方法。4．利用传递函数研究系统应满足什么条件？5．实验时环节的输出与理想的情况会有什么差别？六、实验报告要求1．实验中存在问题及其讨论或

6、建议。2．拟定二阶系统参数（ξ、ωn）对瞬态性能影响的模拟研究方法。（包括拟定实验线路及方法、步骤等）附：实验记录表格环节项目ITPI1uF10uF1uF10uF1uF10uF时间常数计算值测量值飞升曲线37实验二二阶系统动态性能和稳定性分析一、实验目的1．学习和掌握时域性能指标的测试方法。2．研究二阶系统参数（ξ、ωn）对系统动态性能和稳定性的影响。二、实验设备1．ACCT-Ⅲ型自动控制理论实验箱一台2．方正电脑一套3．螺丝刀一把三、实验原理及线路线性二阶系统的方块结构图如图1所示：图1方块图其开环传递函数为，其闭环传递函数标准型为,取如下二阶系统的模拟电路，图2中参数关系图2二阶

7、系统模拟电路37，R0=100K。改变图2系统元件参数R1和电容C大小，即可改变系统的ξ、ωn，由此来研究不同参数特征下的时域响应。图3a、图3b、图3c分别对应二阶系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼三种情况下的阶跃响应曲线：图3a图3c图3b四、实验内容及步骤1．按图2电路图接线2．按下列表格分别进行参数选择及测量阶跃响应指标。测试项目ξ=0.1s(R0=100K,C=1uF)=0.2s(R0=100K,C=2uF)理论值测量值理论值测量值0（AB断开，即开