自动控制原理实验课

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1、2008.4.3《自动控制原理》实验课实验二:典型系统动态性能和稳定性分析一．实验目的：l、学习和掌握动态性能指标的测试方法（如σ%、tp、ts、n等）。2、研究典型系统参数变化对系统动态性能和稳定性的影响。二.实验内容：1、观测不同参数下二阶、三阶系统的阶跃响应，测试出时域性能指标（如σ%、tp、ts），并分析其参数变化对动态性能和稳定性的影响。2、观测增益对三阶系统稳定性的影响，找出临界稳定的增益值。三.实验原理：1、典型二阶系统的方块结构图：2、典型三阶系统的方块结构图：四、实验手段1、利用MATLAB中的Simulink仿真软件。2、利用ACCC-I实验台，用电模拟单元，

2、构成典型系统。3、用实际物理模型进行控制演示：直流电机转速控制系统实验。五．实验步骤：1、利用MATLAB中的Simulink仿真软件构成一个二阶系统，如图所示：典型二阶系统瞬态响应指标的测试。建立如图所示的实验方块图。开始仿真，观测在阶跃输入信号下，典型二阶系统的输出值。根据输出波形调整“Gain”模块的增益，使输出波形呈现衰减比n:1分别为4:1和10:1时的衰减振荡状态。然后记录超调量，峰值时间，调节时间及此时的增益值，分析系统参数对动态性能的影响。调整“Gain”模块的增益，使呈现临界振荡时的波形，记录此时“Gain”模块的增益值，与计算的理论值相比较。2、利用MATLA

3、B中的Simulink仿真软件构成一个三阶系统，如图所示：典型三阶系统瞬态响应指标的测试及稳定性分析。在典型二阶系统实验方块图的基础上，将对象串联一个惯性环节，重新连接模块，建立三阶系统的实验方块图。开始仿真，观测阶跃输入信号下典型三阶系统的输出值，根据输出的波形，调整“Gain”模块的增益，使输出波形呈现2:1衰减振荡状态。然后记录超调量，峰值时间，调节时间及此时的“Gain”模块的增益值，分析系统参数对动态性能的影响。调整“Gain”模块的增益，观测系统输出值的波形，使波形呈现等幅震荡状态，然后记录“Gain”模块的增益值，与计算的临界稳定时的理论值相比较。调整Gain模块的

4、增益，观测系统输出值的波形，使波形呈现发散震荡状态，分析系统参数对稳定性的影响。3、利用ACCC-I实验台，用电模拟单元，构成一个二阶系统。照片选用U9+U15+U11+U8模块。r(t)接AD/DA转换器上的O1，c(t)接AD/DA转换器上的采集通道I1。锁零G接G1。Rx选用U2单元中的220K电位器。实验参数参照模拟图。打开桌面上的[计控与自控]文件夹中的[自控lebview7.1程序]，再打开[时域上位机实验界面]软件。显示模式：X-t。[测试信号设置]实验波形为周期阶跃信号，幅值：5V（偏移0），频率：2s（占空比90%）。点击[开始/停止]按钮运行软件。改变元件参

5、数Rx大小，研究不同参数特征下的时域响应。分别得出二阶系统在过阻尼，临界阻尼，欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线。4、利用ACCC-I实验台，用电模拟单元，构成一个三阶系统。选用U9+U15+U11+U10+U8模块。r(t)接AD/DA转换器上的O1，c(t)接AD/DA转换器上的采集通道I1。锁零G接G1。Rx选用U2单元中的220K电位器。打开桌面上的[计控与自控]文件夹中的[自控lebview7.1程序]，再打开[时域上位机实验界面]软件。显示模式：X-t。[测试信号设置]实验波形为周期阶跃信号，幅值：5V（偏移0），频率：10s（占空比90%）。点击[开始/停止]按钮运行

6、软件。改变元件参数Rx大小，研究不同参数特征下的时域响应。分别得出二阶系统在过阻尼，临界阻尼，欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线。5、对实际对象进行控制演示：直流电机转速控制实验。在自动控制理论实验基础上通过对实际的模拟对象进行控制，加深对理论的理解；掌握闭环控制系统的参数调节对系统动态性能的影响。直流电机调速系统接线图具体的实验步骤如下：1．先将ACCT-01A自动控制理论及计算机控制技术和ACCT-02物理对象，低压直流电动机调速部分面板上的电源船形开关均放在“OFF”状态。2．利用ACCT-01A实验板上的单元电路U9、U15和U11，设计并连接如图1.2所示的闭环系统。需要注

7、意的是，运放的锁零信号G接到－15V。参考的实验参数为：R0=R1=R2=100K，R3=100K，R4=2M，R5=10K，C1=1F，Rf/Ri=1。（1）将ACCT-01A面板上U1单元的可调电压（0~15V）接到Ug；（2）给定输出接PID调节器的输入，这里参考电路中Kd=0，R4的作用是提高PI调节器的动态特性。（3）经PID运算后给电机驱动电路提供输入信号，即将调节器电路单元的输出接到ACCT-02面板上的低压直流电动机调速中的功率转换电路的正极输入端（IN