自控理论实验指导书

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1、自动控制理论实验指导书湖南文理学院电气工程系19自动控制理论实验指导书前言自动控制理论是一门理论性和实验性均很强的专业基础课。加强本课程的实验环节，有助于加深对理论知识的理解、培养实际动手能力、以及分析问题和解决问题的能力。本指导书安排如下几项实验：实验一：典型环节的模拟研究实验二：典型瞬态响应和稳定性实验三：频率特性的测试实验四：系统校正实验五：线性系统的能控性与能观性研究19实验须知一、预习实验者应事先预习，以免因准备不充分而影响实验的顺利进行。预习内容一般包括：1.本次实验所用设备、仪器的使用方法。2.实验指

2、导书中与本次实验有关的章节。3.与本次实验有关的原理、计算方法及操作要领。二、实验要求1.遵守实验室纪律，注意人身、设备安全。2.照图接线，经教师检查后通电。3.认真观察，记录实验现象和数据。4.发生事故，及时断电并报告。5.实验结束后，将数据、曲线交指导教师检查并同意后方可拆线。6.照原样整理好实验仪器和设备。三、有关操作事项1.“复原”键：进行再次运算前，按复原键，使每个积分器的反馈回路中电容通过按键的a、b接点短接，以消除电容器上的残余电荷。2.“测量选择”拨码盘及电压表：在操作时，面板右方的电压表上所示的电

3、压值为拨码盘数码所选定的运算放大器的输出电压，当拨码盘为0时，电压表的（+）端（既“测量”插座）的“测量”悬空，可用此测量端测量其他电压值。3.电压量程：双向指针的直接电压表85CL15V，按“检零”按钮时，电压表量程为1.5V，用来测量各运算放大器在调零时是否为零。正常情况下电压表量程为15V。19实验一典型环节的模拟研究一、实验目的1、了解并掌握XM--1型系统模拟实验仪的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。2、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二

4、、实验要求1、观测各种典型环节的阶跃响应曲线。2、观测参数变化对各种典型环节阶跃响应的影响。三、实验仪器1、XM--1型系统模拟实验仪一台。2、超低频双踪示波器一台。3、数字万用表一块。四、实验原理及电路本实验是利用运算放大器的基本特性（开环增益高、输入阻抗大、输出阻抗小等），设置不同的反馈网络来模拟各种典型环节，典型环节方块图和模拟电路如下：1、比例环节比例环节的方块图如图1-1A所示图1-1A比例环节方块图其传递函数为：Uo（s）/Ur（s）=-KK=R2/R1比例环节的模拟电路如图1-1B所示图1-1B比例环

5、节模拟电路图从输入端加入阶跃信号，观测在不同的比例系数K=0.5、1、2时的输出波形，并记录。绘制曲线时应将输入、输出信号绘制在同一坐标系，以下记录波形时均这样处理。2、积分环节积分环节的方块图如图1-2A所示19图1-2A积分环节方块图其传递函数为：Uo（s）/Ur（s）=1/（TS）T=RC积分环节的模拟电路如图1-2B所示图1-2B积分环节模拟电路图改变电阻R的大小，可以得到不同的积分常数，输入阶跃信号，观测T=0.1秒与T=0.05秒时的输出波形，并作记录。3、惯性环节惯性环节的方块图如图1-3A所示图1-

6、3A惯性环节方块图其传递函数为：Uo（s）/Ur（s）=-K/（TS+1）K=R2/R1T=R2C惯性环节的模拟电路如图1-3B所示图1-3A惯性环节方块图从输入端加入阶跃信号，（1）保持K=1不变，分别观测T=0.1秒、0.2秒时的输出波形，并作记录。（2）保持T=0.1不变，分别观测K=0.5、2时的输出波形，并作记录。波形记录应比较准确，特别是时间刻度，要利用示波器的“时标”进行测定。一、实验步骤1、接通电源，对各运算放大器进行调零。191、按模拟电路图接线，注意将不用的运算放大器接成比例状态。2、观察比例、

7、积分、惯性环节的阶跃响应曲线，并记录结果。二、实验报告要求1、实验线路及原始数据，测试数据及波形图。2、实验结果分析、讨论和建议。三、思考题惯性环节在什么情况下可近似为比例环节？而什么情况下可近似为积分环节？19实验二典型瞬态响应和稳定性一、实验目的1、学习动态性能指标的测试技能。2、了解参数对系统动态性能及稳定性的影响。二、实验要求1、观测不同参数下二阶系统的阶跃响应并测出性能指标：超调量σ%，峰值时间TP,调节时间TS。2、观测增益对典型三阶系统稳定性的影响。三、实验仪器1、XM--1型系统模拟实验仪一台。2、

8、超低频双踪示波器一台。3、数字万用表一块。四、实验原理与电路应用模拟电路来模拟二阶系统和典型三阶系统。1、图2-1是典型二阶系统原理方块图其中T0=1秒，T1=0.1秒，K1分别为10、5、2.5、1。图2-1二阶系统方块图开环传递函数G(s)==其中K=K1/TO为开环增益。闭环传递函数为：Φ(S)===其中ωM=1/T=K/T1=K1/(T0T1),ζ=