控制工程基础实验指示书

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1、控制工程基础实验指示书郭美凤赵长德清华大学精密仪器与机械学系2003-5-523实验一Matlab仿真实验一、基本实验1、对于一阶惯性系统当分别取以下几组参数时，试画出系统单位阶跃响应曲线、频率特性乃氏图和伯德图。1).K=1,T=10;2).K=1,T=1;3).K=1,T=0.12、对于二阶系统分别就T=1和T=0.1，分别取0,0.2,0.5,0.7,1,10时，画出系统单位阶跃响应曲线、频率特性乃氏图和伯德图。3、自构造高阶系统，试利用Matlab软件工具分析其时域、频域特性。4、对于下列系统，试画出其伯德图

2、，求出相角裕量和增益裕量，并判其稳定性（1）（2）二、结合“运动控制系统”实验，熟悉MATLAB的控制系统图形输入与仿真工具SIMULINK。并把仿真结果与“运动控制系统”实验结果进行比较1．实验目的1）熟悉直流伺服电机控制系统各环节的传递函数模型；2）根据给定的性能指标，设计速度环与位置环的控制器参数。2．实验内容及要求2.1速度环仿真实验23图1-1双环调速系统方框图(图中用b表示)速度环的传递函数方框图见图1。测速发电机系数=0.024V/=0.229，而电动机反电势系数0.213,所以=550＝0.5A/V测

3、速机滤波时间常数（也可以重新设计）[rad/s]为电机转速，最大转速为1000rpm，反馈系数，为速度环的校正网络。饱和环节的幅度为＋120rad/s～－120rad/s当为比例－积分（PI）调节器时，其传递函数为（1）当为比例（P）调节器时，其传递函数为23（2）1．给定速度环的性能指标如下：1）单位阶跃响应的超调量小于30％；2）单位阶跃响应的调整时间小于0.06s；3）闭环带宽不小于10Hz。当速度环分别采用P与PI调节器时，设计满足给定指标的调节器参数。提示：有关参数的参考取值为：，；（P校正），。（PI校正

4、）2．根据设计的调节器参数，给出速度环采用P与PI调节器时的波特图，比较二者的稳定裕量和剪切频率。3．给出速度环分别采用P与PI调节器时的闭环频率特性及频域指标（闭环带宽，谐振峰值，谐振频率）。4．比较速度环采用P与PI调节器时的阶跃响应及瞬态响应指标（超调量与调整时间）。2.1位置环仿真实验位置环的传递函数方框图见图1-2。图1－2位置环简化函数方框图图1-2中[V]为位移命令输入，[mm]为工作台位移，[V]为电子电位计测得的工作台位移电压，为位置环的校正网络，为速度环的闭环传递函数。当为近似比例－积分（PI）调

5、节器时，其传递函数为（3）23当为比例（P）调节器时，其传递函数为（4）1.给定位置环的性能指标如下：1)单位阶跃响应的超调量小于30％；2)单位阶跃响应的调整时间小于0.2s；3)闭环带宽不小于4Hz。当位置环分别采用P与PI调节器时，设计满足给定指标的调节器参数。提示：1.速度环可任选P或PI调节器（建议选PI调节器）；2．位置环调节器参数参考取值:，，。2.根据设计的调节器参数，给出位置环采用P与PI调节器时的波特图，比较二者的稳定裕量和剪切频率。3.给出位置环分别采用P与PI调节器时的闭环频率特性及频域指标（

6、闭环带宽，谐振峰值，谐振频率）。4.比较位置环采用P与PI调节器时的阶跃响应及瞬态响应指标（超调量与调整时间）。关于伺服电机控制系统的详细资料参见附录1。23实验二直流电动机调速系统一、实验目的1.熟悉直流伺服电机控制系统各环节的传递函数模型；2.掌握速度环的设计和实验调试方法，从而从理论与实际的结合上掌握自动控制系统的设计与校正方法。二、实验原理请仔细阅读见教材P248~261或附录1。接线图参考图2-1,其中S是实验中需要用万用表和示波器测试的点；图2－1速度环接线图23三、实验步骤与要求：把图1－1进行简化，得

7、到双环调速系统简化方框图（图2－2）：图2－2双环调速系统简化方框图图中，因电机最大转速1000rpm，故传递函数方框图中应再加一个饱和环节。当为比例－积分（PI）调节器时，其传递函数为（1）当为比例（P）调节器时，其传递函数为（2）1.按图接线，掌握速度反馈极性的判断方法。一般用开环判断，当输入为正，反馈电压为负。当正反馈时，输入电压趋于0时，电动机仍然高速转动。231.掌握速度环静态传递特性的调试方法。采用PI调节器，要求输入为8V。调节，使电机输出为1000rpm，即此时测速发电机输出为24V。2.了解调速系统

8、刚度与系统参数和结构的关系。采用比例调节器，且为最小（100K）,调节输入电压，使电机转速很低，可用手使电机停转。而采用PI调节器，同是电机转速很低，用手不能使电机停转。试从理论上分析之4．掌握速度环动态特性的测试方法。掌握数字示波器的使用方法。当阶跃输入为2V，用数字示波器测试采用P与PI调节器时的阶跃响应波形，记录最佳阻尼比附近的阶跃时域响